يوفر هذا البروتوكول سير عمل موحد في المختبر لقياس متسق للسمية الخلوية الطبيعية التي تعتمد على مستقبلات المستضدات الكيميرية والمعتمدة على الأجسام المضادة لخلايا القاتل الطبيعية البشرية باستخدام تصوير الخلايا الحية وقياس تدفق الخلية.
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
يوفر هذا البروتوكول سير عمل موحد في المختبر لقياس متسق للسمية الخلوية الطبيعية التي تعتمد على مستقبلات المستضدات الكيميرية والمعتمدة على الأجسام المضادة لخلايا القاتل الطبيعية البشرية باستخدام تصوير الخلايا الحية وقياس تدفق الخلية.
الخلايا القاتلة الطبيعية (NK) هي خلايا لمفاوية فطرية تلعب دورا حيويا في المناعة الوقائية ضد مسببات الأمراض داخل الخلايا المختلفة والسرطانات. وظيفتها الأساسية هي قتل الخلايا المستهدفة المصابة، أو المتحولة خبيثا، أو المغطاة بالأجسام المضادة عبر السمية الخلوية المعتمدة على الأجسام المضادة (ADCC). يمكن أيضا هندسة خلايا NK وراثيا للتعبير عن مستقبلات مستضدات كيميرية (CARs) تتيح التعرف المستهدف على مستضدات محددة. يعد القياس الكمي لسمية الخلايا الكورية الطبيعية ضروريا لتقييم الوظائف الأساسية ولتقييم الأجسام المضادة وحيدة النسيلة قبل السريرية واستراتيجيات هندسة CAR. ومع ذلك، تظل اختبارات الوظيفة في المختبر متغيرة للغاية عبر المختبرات بسبب الاختلافات في تحضير الخلية، والخلايا المستهدفة، ونسب المؤثرين إلى الهدف، وأوقات الحضانة المتشاركة، وطرق القراءة، مما يحد من قابلية التكرار والمقارنات بين الدراسات. تقدم هذه المقالة بروتوكولا موحيدا للتقييم الكمي لسمية خلايا NK باستخدام قياس تدفق الخلايا والتصوير الحي في الوقت الحقيقي. تم تقييم خلايا NK البشرية الأولية وخلايا NK-92 التي تعبر عن CAR لقدرتها على قتل خلايا السرطان والخلايا المستهدفة المغطاة بالأجسام المضادة في شكل صفيحة ب 96 بئر لقياس السمية الخلوية الطبيعية، والقتل الذي يعبر عنه CAR، وADCC. تم قياس بقاء الخلايا المستهدفة إما بشكل مستمر باستخدام تصوير الخلايا الحية أو في نقطة زمنية محددة بواسطة قياس تدفق الخلايا الخلية، مما مكن أيضا من التوصيف الظاهري لخلايا NK والخلايا المستهدفة. توفر هذه البروتوكولات إطارا قويا باستخدام طرق زراعة الأنسجة الروتينية، والتصوير، وقياس تدفق الخلايا لتمكين القياس القابل للتكرار لوظائف مؤثر الخلايا الطبيعية لدراسات المناعة الفطرية والعلاجات المناعية القائمة على خلايا NK.
خلايا القاتل الطبيعية (NK) هي خلايا لمفاوية فطرية تلعب دورا مركزيا في المراقبة المناعية ضد الخلايا المصابة بالفيروس والخبيثة، وتظهر سمية خلوية سريعة وقوية1. على عكس خلايا B وT، لا تعبر خلايا NK عن مستقبلات خاصة بالمستضدات وتعتمد بدلا من ذلك على مجموعة من المستقبلات المنشطة والمثبطة للكشف عن فقدان تعبير الفئة الأولى من معقد التوافق النسيجي الرئيسي أو الإجهاد الخلوي. وهذا يمكنهم من التوسط في السمية الخلوية المباشرة عن طريق إطلاق حبيبات سامة تحتوي على البرفورين والجرانزيمات أو، في بعض الحالات، عن طريق تنشيط مستقبلات الموت 1,2,3,4. بالإضافة إلى السمية الخلوية الطبيعية، تعبر خلايا NK عن FcγRIII (CD16)، وهو مستقبل يتعرف على جزء Fc من الغلوبولين المناعي G (IgG) ويتوسط في سمية الخلايا المعتمدة على الأجسام المضادة (ADCC) ضد الخلايا المستهدفة المغطاة ب IgG 5,6.
بفضل آلياتها السامة الخلوية الذاتية وملف السلامة المواتية، برزت خلايا NK كمرشحين واعدين للعلاج المناعي الخلوي. مع إمكانية الاستخدام التمطيعي، يمكن لخلايا NK أن تعمل كعلاج "جاهز" مع تقليل خطر الإصابة بمرض الطعم ضد المضيف، مما يتيح تطبيقا سريريا أوسع وتقليل التكاليف7. وقد وسعت التطورات الحديثة الإمكانات العلاجية لخلايا NK من خلال استراتيجيات الهندسة الوراثية، بما في ذلك إدخال مستقبلات المستضدات الكيميرية (CARs) التي تعيد توجيه خلايا NK للتعرف على مستضدات أورام محددة. أظهرت خلايا CAR-NK فعالية مضادة للأورام في نماذج الزينوغرافات في الجسم الحي، والتجارب السريرية، مع سمية أقل مقارنة بخلايا CAR-T 8,9,10. لذلك، هناك اهتمام متزايد بتطوير منصات الخلايا الطبيعية الهندسية واستراتيجيات علاجية قائمة على الأجسام المضادة. في هذا السياق، يعد القياس الدقيق والكمي لقدرة قتل خلايا NK ضروريا لفهم بيولوجيا خلايا NK، وتقييم فعالية علاجات CAR أو غيرها من العلاجات الهندسية لخلايا NK، وتقييم الأجسام المضادة وحيدة النسيلة التي تعتمد على ADCC.
تم استخدام مجموعة متنوعة من الاختبارات المختبرية على نطاق واسع في المختبرات لتقييم سمية الخلايا الكورية الطبيعية. تشمل الطرق الشائعة اختبارات إطلاق الكروميوم-51 المشعة، وفحوصات إطلاق إنزيم اللاكتات ديهيدروجيناز، واختبارات إطلاق الكالسيين-أسيتوكسي ميثيل11,12. بينما استخدمت هذه الطرق التقليدية على نطاق واسع لقياس سمية الخلايا، إلا أنها تعتمد على قراءات غير مباشرة لموت الخلية، وتوفر قياسات نهاية بدلا من بيانات حركية، وتوفر حساسية ونطاق ديناميكي محدودين. كما أنها لا تقدم معلومات عن النمط الظاهري أو حالة تنشيط الخلايا المؤثرة. مؤخرا، تم اعتماد منصات تصوير الخلايا الحية وقياس التدفق الخلوي بشكل متزايد لأنها تتيح القياس المباشر لبقاء الخلايا المستهدفة، ومراقبة القتل على مر الزمن، والتحليل الظاهري المتزامن للمؤثرات والخلايا المستهدفة13,14. ومع ذلك، حتى بين هذه الأساليب الجديدة، هناك تفاوت كبير بين المختبرات والدراسات المنشورة، بما في ذلك اختلافات في تحضير الخلايا المستهدفة، ونسب المؤثر إلى الهدف (E:T)، وأوقات الحضانة المشتركة، مما يحد من قابلية التكرار والمقارنات بين الدراسات، خصوصا في التقييمات قبل السريرية للعلاجات المناعية القائمة على خلايا NK.
تقدم هذه المقالة سير عمل موحد للتقييم الكمي لسمية خلايا NK باستخدام منصتين مستقلتين مكملتين: التصوير الحي في الوقت الحقيقي (IncuCyte SX5) واختبارات النهاية القائمة على قياس خلية التدفق. يتيح التصوير بالخلايا الحية المراقبة المستمرة لبقاء الخلايا المستهدفة أثناء الزراعة المشتركة مع الخلايا المؤثرة، مما يسمح بتقييم حركي لسمية الخلايا عبر نسب E:T متعددة وظروف تجريبية مع أقل قدر من التلاعب بالاختبار15. على النقيض من ذلك، يوفر قياس تدفق الخلايا قياسا نهائيا حساسا للغاية لموت الخلايا المستهدفة، إلى جانب توصيف ظاهري متزامن لخلايا NK والخلايا المستهدفة باستخدام لوحة تلوين متعددة الأشرار.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن هذا البروتوكول معايير تجريبية موحدة، بما في ذلك نسب E:T، وظروف الحضانة، وتنسيق اللوحة، وسير العمل التحليلي، لتحسين قابلية التكرار وتسهيل مقارنة قياسات السمية الخلوية عبر المختبرات والدراسات. يتيح سير العمل التقييم الكمي لوظائف مؤثر NK المتعددة، بما في ذلك السمية الخلوية الطبيعية، والقتل الذي يبوطه CAR، وADCC، وهو متوافق مع الخلايا الطبيعية البشرية الأولية وخطوط خلايا NK. يوفر هذا البروتوكول إطارا عمليا لدراسات بيولوجيا خلايا NK والتقييم قبل السريري لتطوير العلاج المناعي القائم على خلايا NK.
تمت الموافقة على استخدام عينات المتبرعين البشرية للبحث من قبل مجلس المراجعة المؤسسية وتم إجراؤه وفقا للإرشادات المؤسسية (الموافقة #2022P000699).
1. اختبار القتل في تصوير الخلايا الحية في الوقت الحقيقي

الشكل 1. قياس حركية وفعالية سمية الخلايا التي توسطها خلايا المستقبل المستضد الكيميري (CAR) باستخدام تصوير الخلايا الحية في الوقت الحقيقي. (أ) نظرة مخططية لاختبار تصوير الخلايا الحية IncuCyte لمراقبة السمية الخلوية التي تتوسط خلايا NK. الخلايا المستهدفة BCMA+ Ramos التي تعبر عن emiRFP670 (قناة الأشعة تحت الحمراء القريبة [NIR]) تزرع معا مع خلايا مؤثر NK-92 التي تعبر عن ZsGreen (القناة الخضراء)، ويتم اكتشاف موت الخلايا باستخدام SYTOX Orange (القناة البرتقالية). (B) صورة فلورية تمثيلية لبئر الزراعة المشتركة بنسبة مؤثر إلى هدف (E:T) 1:1 عند 12 ساعة. تظهر الخلايا المستهدفة الحية (emiRFP670⁺) باللون الأزرق، وخلايا NK-92 المؤثرة (ZsGreen⁺) باللون الأخضر، والخلايا الميتة (SYTOX Orange⁺) باللون الأحمر. تم التقاط الصور باستخدام وحدة التحليل الخلية غير الملتصقة ب 20× تكبير. شريط القياس = 100 ميكرومتر. (ج) قياس نمو وبقاء الخلايا المستهدفة مع مرور الوقت بنسب E:T متفاوتة لخلايا NK-92 الضابطة والمعبرة عن CAR. (د) قياس بقاء الخلايا المستهدفة كدالة لنسبة E:T في عدة نقاط زمنية (4، 8، 16، و24 ساعة). تم تطبيع عداد الخلايا المستهدفة إلى آبار خاصة بالهدف فقط (E:T = 0:1) في كل نقطة زمنية. (ه) التمثيل التخطيطي للمقاييس الكمية المستخدمة لتقييم سمية الخلايا:KR 50، نسبة القاتل إلى الهدف المطلوبة لتحقيق 50٪ قتل عند 12 ساعة؛ KT50، الوقت المطلوب لتحقيق 50٪ قتل بنسبة E:T 1:1؛ ومؤشر IKI50، وهو مؤشر قاتل متكامل يعرف بأنه منطقة خريطة الحرارة تحت متساوي البقاء بنسبة 50٪.(F) خرائط حرارية تظهر نمو الخلايا المستهدفة وبقائه كدالة لنسبة E:T والوقت لكل حالة مؤثر. تشير القيم الكمية لكل شرطKR 50 وKT50 وIKI50. تم الحصول على عد خام للخلايا المستهدفة الحية من مجموعة NIR+/SYTOX Orange المحصورة باستخدام تحليل تصنيف خلية بخلية في برنامج IncuCyte 2021C. تم إجراء جميع الشروط بثلاث نسخ (n = 3). تعرض البيانات كمتوسط ± انحراف معياري. تم استخدام تحليل الانحدار غير الخطي لنمذجة اتجاهات السمية الخلوية في اللوحين D و F. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
2. قياس سمية الخلايا المعتمدة على الأجسام المضادة بواسطة قياس تدفق الخلايا
لقياس سمية خلايا NK في الوقت الحقيقي، تم زراعة خلايا NK-92 المؤثرة المعدلة للتعبير عن CAR المضادة ل BCMA مع خلايا هدف BCMA+ Ramos في صفيحة سوداء شفافة ذات قاع مسطح بسعة 96 بئرا وتمت مراقبتها باستخدام تصوير الخلايا الحية (الشكل 1A والشكل 1A التكميلي). تمت إضافة الخلايا المؤثرة بنسب E:T 0:1 (الهدف فقط)، 0.25:1، 0.5:1، 1:1، و2:1، مع كل حالة أجريت في ثلاث نسخ. تم تقييم ثلاثة بنى مختلفة من CAR NK-92: CAR1 بدون مجال تحفيز مشترك، CAR2 مع مجال تحفيز مشترك 4-1BB (CD137)، وCAR3 مع مجال تحفيز مشترك DAP10، بالإضافة إلى خلايا NK-92 ضابطة تعبر عن ناقل ZsGreen فقط. تم توليد جميع الخلايا المؤثرة عبر نقل الفيروسات العدسية، كما تم وصفهاسابقا 4 باستخدام أشرطة ZsGreen-P2A-CAR المعدلة جينيا. تم تحويل خلايا راموس المستهدفة بالمثل باستخدام ناقل فيروسي عدسي يرمز emiRFP670. تم تتبع نمو وبقاء الخلايا المستهدفة كل ساعة على مدى 24 ساعة باستخدام جهاز تصوير الخلايا الحية، حيث تم قياس الفلورة الخضراء لخلايا ZsGreen+ NK-92، وتوهج البرتقالي لخلايا SYTOX Orange+ الميتة، وتوهج NIR لخلايا emiRFP670+ المستهدفة (الشكل 1A والشكلين 1B و1C الإضافيين).
تم التقاط صور مجهرية في فترات زمنية محددة لرؤية الخلايا المؤثرة، والخلايا المستهدفة الحية، والخلايا الميتة أثناء الزراعة المشتركة (الشكل 1B). أظهر قياس نمو وبقاء الخلايا المستهدفة أن خلايا CAR2 وCAR3 NK-92 أظهرت حركية قتل أسرع من خلايا CAR1 NK-92، خاصة عند النقاط الزمنية المبكرة بنسبة E:T 1:1. زاد قتل الخلايا المستهدفة مع ارتفاع نسب E:T، بما في ذلك في خلايا NK-92 الضابطة، والتي أظهرت سمية طبيعية للخلايا (الشكل 1C). تسلط هذه القياسات الضوء على قدرة تصوير الخلايا الحية على التقاط التغيرات الديناميكية في النشاط السامي الخلوي. كما تم تحليل بقاء الخلايا المستهدفة كدالة لنسبة E:T في نقاط زمنية محددة لمقارنة قوة CAR NK-92. أظهرت خلايا CAR2 وCAR3 NK-92 قوة أكبر عند نسب E:T منخفضة في نقاط زمنية لاحقة (مثل E:T = 0.25:1 عند 24 ساعة) وعند نسب E:T المتوسطة في نقاط زمنية مبكرة (مثل E:T = 1:1 عند 4 ساعات) (الشكل 1D). لم تلاحظ فروق ذات دلالة إحصائية في القتل بين خلايا التأثير CAR2 وCAR3 NK-92 عبر التحليلات.
توفر خريطة حرارية تدمج نسبة E:T، ووقت الحضانة المشتركة، وبقاء الخلايا المستهدفة تصورا شاملا للسمية الخلوية الطبيعية والتي تعبر عن CAR عبر جميع مجموعات التأثيرات وتمكن من التقييم الكمي. تم تحديد ثلاثة معايير لقياس القوة والحركية: KR50، نسبة القاتل إلى الهدف التي تحقق 50٪ قتل (عند 12 ساعة); KT50، وهو وقت الحضانة المشتركة المطلوب لتحقيق 50٪ قتل (بنسبة E:T 1:1)؛ ومؤشر IKI50، مؤشر القاتل المتكامل الذي يمثل منطقة خريطة الحرارة تحت 50٪ بقاء، ويعرف بإيزوكلين البقاء 50٪ (الشكل 1E). تتيح هذه المقاييس مقارنة قوة خلايا CAR NK-92 (KR50)، وحركية القتل (KT50)، والأداء المتكامل للسمية الخلوية (IKI50) (الشكل 1F). يوضح هذا التحليل كيف يمكن للاختبار مقارنة المنصات الهندسية لخلايا NK كميا عبر عدة معلمات ضمن تجربة واحدة.
تم استخدام القياس الخلوي التدفق مع عد الخلايا لقياس ADCC من خلال الزراعة المشتركة بين الخلايا المستهدفة الموسومة بالفلورية مع خلايا NK البشرية الأولية في وجود أو غياب الأجسام المضادة العلاجية، وقياس كمية الخلايا المستهدفة الحية المتبقية بعد 16–18 ساعة من الحضانة (الشكل 2A). يمكن استخدام أجهزة قياس تدفق الخلايا مثل Cytek Aurora، BD Symphony، أو BD Fortessa مع سامبلر عالي الإنتاجية. في الإعداد التمثيلي (الشكل التكميلي 2)، تم تغليف خلايا الهدف المشتقة من المريض CD38+ في صفيحة ذات قاع دائري بسعة 96 بئرا، وأضيف داراتوموماب (أو الجسم المضاد النظيري) إلى الآبار المناسبة. ثم تم زراعة خلايا NK معا بنسبة E:T تبلغ 0.5:1، وهي نسبة محسنة لهذه الخلايا المستهدفة لتقليل القتل الطبيعي مع السماح بالكشف عن ADCC. بعد الحضانة، تم إجراء قياس تدفق الخلايا لتحليل تجمعات الخلايا عن طريق التشتت الأمامي والجانبي، واستبعاد الأحداث غير القابلة للحياة باستخدام DAPI، وفصل الخلايا المستهدفة CFSE+ عن خلايا NK CD56+CD16+ للتحليل المتوازي (الشكل 2B). يتيح هذا التصميم قياس السمية الخلوية وتوصيف الظاهرة بشكل متزامن.

الشكل 2. يتيح اختبار السمية الخلوية المعتمدة على الأجسام المضادة (ADCC) القائم على قياس تدفق الخلايا المعتمدة على قياس الكمية المتزامنة لبقاء الخلايا المستهدفة وتنشيط الخلايا الناروليكية. (أ) نظرة عامة تخطيطية لاختبار ADCC. تم طلاء خلايا الهدف اللمفوما CD38+ الموسومة ب CFSE عند 2.5 × 104 خلايا في كل بئر وزرعت تحت خمسة شروط: الخلايا المستهدفة وحدها؛ الخلايا المستهدفة التي تحتوي على داراتوموماب (25 ميكروغرام/مل)؛ الخلايا المستهدفة التي تحتوي على خلايا NK (E:T = 0.5:1)؛ الخلايا المستهدفة التي تحتوي على خلايا NK وداراتوموماب؛ والخلايا المستهدفة التي تحتوي على خلايا NK وأجسام مضادة للتحكم بالنظير (25 ميكروغرام/مل). (ب) استراتيجية بوابات تدفق الخلايا التمثيلية. تم تحديد الأحداث أولا بواسطة التشتت الأمامي والتشتت الجانبي، تلاها استبعاد الخلايا غير القابلة للحياة باستخدام DAPI. تم تحديد الخلايا المستهدفة كأحداث CFSE+، وخلايا NK كأحداث CD56+ وCD16+. تم تقييم إزالة حبيبات الخلايا النارية الكردية بواسطة تعبير CD107a. (ج) قياس بقاء الخلايا المستهدفة، معبرا عنه كنسبة مئوية بالنسبة لحالة الهدف فقط في الضابطة (مضبوطة على 100٪). (د) قياس كمية تفكيك الحبيبات في خلايا NK، كما يظهر كنسبة خلايا CD107a+ ضمن مجموعة خلايا NK. تمثل القضبان متوسط ± انحراف معياري، والنقاط المكشوفة تمثل آبار مكررة فردية (n = 3). تم إجراء التحليل الإحصائي باستخدام تحليل التباين أحادي الاتجاه باستخدام اختبار المقارنة المتعددة بعد الحدث الذي أجراه توكي. تشير الدلالة الإحصائية كما يلي: *p < 0.05، **p < 0.01، ***p < 0.001. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
النقطة النهائية الأساسية هي بقاء الخلايا المستهدفة، المحسوبة داخل بوابة CFSE+ الحية ويتم تطبيعها إلى حالة الهدف فقط، والتي تضبط على 100٪ على قيد الحياة. هذا التطبيع يتحكم في فقدان الخلايا المستهدفة تلقائيا ويتيح المقارنة المباشرة عبر الحالات. في البيانات التمثيلية (الشكل 2C)، لم يقلل إضافة داراتوموماب وحده من بقاء الخلايا المستهدفة، مما يؤكد أن الجسم المضاد لا يؤثر بشكل مباشر على بقاء الخلايا المستهدفة في غياب الخلايا الفعالة. الزراعة المشتركة مع خلايا NK وحدها قللت من بقاء الخلايا المستهدفة إلى حوالي 70٪، مما يشير إلى السمية الطبيعية الأساسية. أدى إضافة داراتوموماب إلى تقليل البقاء على قيد الحياة إلى حوالي 37٪، بما يتوافق مع زيادة القتل بواسطة الأجسام المضادة، في حين أظهرت حالة التحكم في النمط النظيري بقاء حوالي 62٪، وهو ما يقارن بحالة التهاب الالتهاب الطبيعي. تظهر التجارب الناجحة فصلا واضحا بين الحالات المعالجة بالأجسام المضادة وحالات السيطرة مع قابلية تكرار عالية عبر النسخ المستنسخة.
يوفر النمط الظاهري الثانوي لخلايا NK تأكيدا مكملا للعلاقة بين قتل الخلايا المستهدفة وتنشيط المؤثر. كان تفكيك الحبيبات في الخلايا الكورية الطبيعية، المقاس كنسبة خلايا CD107a+ ، الأدنى في الزراعة المشتركة بين خلايا NK والخلية المستهدفة بدون أجسام مضادة، والأعلى في الحالة المعالجة بالداراتوموماب (حوالي 31٪)، حيث أظهر التحكم في النظير تفكيكا متوسطا (حوالي 19٪)، داعما للتنشيط بوساطة الأجسام المضادة (الشكل 2D). تظهر هذه النتائج أن الاختبار يمكنه التمييز بين قتل الخلايا المستهدفة وتنشيط التأثير. على الرغم من أن اتجاهات إزالة الحبيبات والبقاء متوافقة عموما، إلا أنهما لا يتداخلان بالكامل، مما يشير إلى أنهما يمثلان عمليات بيولوجية مرتبطة لكنها متميزة.
تظهر التجارب غير المثالية عادة انخفاضا في الفصل بين الظروف، وتباينا في عدد الخلايا عبر الآبار، وارتفاع موت الخلايا المستهدفة في الآبار الضابطة، أو تلوين ضعيف في CFSE، أو ارتفاع في إزالة الحبيبات الخلفية. قد تنتج هذه النتائج عن ضعف بقاء الخلايا المستهدفة، أو عدم اتساق تعافي الخلايا الكورية الطبيعية، أو خلط غير كاف، أو تباين في التلوين والاكتساب. نظرا لأن الاختبار يحدد بشكل مستقل أقسام الهدف والمؤثر بشكل مستقل، يمكن توسيعه ليشمل نمذجة إضافية للخلايا المستهدفة (مثل كثافة المستضد أو تعبير الليغاند) وتوصيف أوسع لخلايا NK. يمكن لإدراج حالة "NK فقط" أن يحدد بشكل أكبر إزالة الحبيبات الأساسية وقابلية خلايا NK. يعد هذا التصميم متعدد المعلمات ميزة رئيسية، حيث يمكن تفسير السمية الخلوية الوظيفية جنبا إلى جنب مع الأنماط المناعية الميكانيكية.
الشكل الإضافي 1. تخطيط اللوحة التمثيلية وسير العمل التحليلي لاختبار التصوير الحي-الخلوي لتسمم السيل. (أ) مخطط لوحة 96 بئر ممثل لاختبار قتل خلايا CAR NK. يتم ترتيب أربع حالات للخلايا المؤثرة في أرباع، يتم اختبار كل منها عبر نسب E:T 0:1 (الهدف فقط في الضابطة)، 0.25:1، 0.5:1، 1:1، و2:1، مع كل حالة يتم في ثلاث نسخ (بإجمالي 60 بئر اختبار). (ب) التكوين التمثيلي لتحليل الخلية الخلية غير الملتصقة في برنامج IncuCyte 2021C، يوضح معايير الفصل الطيفي والتقسيم والتغطية المستخدمة لتحديد الخلايا المؤثرة والمستهدفة الفردية مع استبعاد الحطام والتجميعات. (ج) استراتيجية تصنيف خلايا بخلية تمثيلية باستخدام الفلورة البرتقالية NIR مقابل SYTOX لتحديد مجموعة الخلايا المستهدفة الحية. تستخدم الآبار المستهدفة فقط وآبار الزراعة المشتركة عند نقطة زمنية نموذجية (t = 4 ساعات) لتأكيد الفصل بين مجموعات الخلايا الحية والميتة. يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل الإضافي 2. تخطيط الصفائح التمثيلية لاختبار ADCC القائم على قياس خلوي التدفق. تصميم لوحة تمثيلية ب 96 بئرا توضح خمسة حالات تجريبية مصفحة في ثلاث نسخ عبر الصفوف B–D والأعمدة 2–6 (إجمالي آبار الفحص = 15): (1) الهدف فقط للضابطة، (2) الخلايا المستهدفة مع داراتوموماب، (3) الخلايا المستهدفة بخلايا NK، (4) الخلايا المستهدفة التي تحتوي على خلايا NK وداراتوموماب، و(5) الخلايا المستهدفة بخلايا NK والأجسام المضادة للتحكم بالنظير. تم طلاء الخلايا المستهدفة عند 2.5 × 104 خلايا لكل بئر، وأضيفت خلايا NK بمعدل 1.25 × 104 خلايا لكل بئر لتحقيق نسبة E:T تبلغ 0.5:1. تم استخدام الأجسام المضادة بتركيز نهائي يبلغ 25 ميكروغرام/مل. تم ملء الآبار المحيطة بأنابيب PBS لتقليل التبخر. تم استخدام حالة الهدف فقط لتطبيع بقاء الخلايا المستهدفة، وأخذ التحكم في النظير تأثيرات تركيب الأجسام المضادة بشكل مستقل عن خصوصية المستضد. قد يكون من الضروري تحسين نسبة E:T حسب قابلية الخط الخلوي المستهدف. يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
توفر هذه البروتوكولات نهجين مكملين لقياس سمية خلايا NK في صيغة صفيحة موحد من 96 بئرا. يستخدم Step 1 التصوير الحي في الوقت الحقيقي لمراقبة فقدان خلايا الهدف بشكل مستمر، وهو مناسب جدا لتقييم حركية القتل الطبيعي والقتل التابع ل CAR عبر نسب E:T متعددة. تستخدم الخطوة 2 قياس التدفق الخلوي لقياس ADCC بعد فترة حضانة مشتركة محددة مع فصل أقسام الهدف والمؤثر في الوقت نفسه للتحليل الظاهري17. هذه الطرق، التي تعرض كمنصات اختبار تكميلية يمكن استخدامها لنمذجة العمليات البيولوجية المختلفة، قابلة للتبديل بسهولة. يمكن استخدام خلايا NK البشرية الأولية في اختبارات ADCC المعتمدة على تصوير الخلايا الحية، ويمكن أيضا هندستها للقتل الذي يتوسط CAR في اختبارات قياس تدفق الخلايا الخلية. علاوة على ذلك، على الرغم من أن خلايا NK-92 البرية تفتقر إلى تعبيرCD16 18، فإن إدخال CD16 (مثل النقل الفيروسي العدسي) يمكن خلايا NK-92 بسهولة من التوسط في ADCC القوي. وبالتالي، يمكن تخصيص كلا الاختبارين لتلبية الاحتياجات العلمية والترجمية الفردية.
هناك عدة خطوات مهمة بشكل خاص لقابلية التكرار في كلا الاختبارين. يمكن أن تغير التغيرات الصغيرة في عدد الخلايا المؤثرة والنمط الظاهري أن تغير بشكل كبير بقاء الخلايا المستهدفة. يعد العد الدقيق للخلايا وإعادة التعليق الشاملة أثناء الطلاء ضروريين لتقليل الانحرافات في عدد الخلايا والخلط غير الكامل. وبالمثل، يجب الحفاظ على اتساق تحضير الخلايا بين التجارب، بما في ذلك الجدوى، ووقت التعافي، والتعرض السابق للسيتوكين، لضمان وظيفة مؤثرة موحدة. هندسة الصفائح هي عامل رئيسي آخر لأداء الاختبار. في سير عمل تصوير الخلايا الحية، تدعم الألواح المطلية ذات القاع المسطح التقاط الصور المستقرة وتحليل الحقل المتسق، بينما في سير عمل قياس الخلايا الجري، تعزز الصفائح ذات القاع المستدير تلامس الخلايا والخلية وتسهل استعادة الزراعة غير الملتصقة عند نقطة النهاية. بالإضافة إلى ذلك، يجب تأكيد جودة الوسم الفلوري قبل الاختبار، حيث أن التمييز الضعيف بين الخلايا المستهدفة بالتصوير أو الفصل الضعيف لكلموز CFSE بواسطة قياس تدفق الخلايا سيؤثر على القياس والتفسير.
هاتان المنطقتان تعرضان اعتبارات تقنية مميزة. في اختبار تصوير الخلايا الحية، تشمل الأسباب الشائعة لجودة البيانات غير المتساوية في الطبق، وتجمع أو تكتل الخلايا الكثيفة، وعتبات تحليل الصور غير المثالية، وكلها قابلة للتصحيح بسهولة. قد تؤدي هذه المشاكل إلى تشويه عدد الخلايا وتؤدي إلى تتبع غير متسق مع مرور الوقت. في اختبار القياس الخلوي الجريء، غالبا ما تكون النتائج غير المثالية ناتجة عن ارتفاع موت الخلايا المستهدفة في الخلفية، أو ضعف الفصل بين مجموعات الهدف والمؤثر الفعال، أو تلوين ضعيف للأجسام المضادة، أو عدم اتساق التوصيل بين الآبار المكررة. نظرا لأن هذه الاختبارات مصممة للتحليل المقارن، فإن تضمين ضوابط داخلية مناسبة أمر ضروري للتفسير، بما في ذلك الضوابط المستهدفة فقط للتطبيع وضوابط سلبية مطابقة للحالات الخاصة بالأجسام المضادة أو CAR.
يجب مراعاة عدة قيود مشتركة وخاصة بالاختبارات مع هذه الطرق. يوفر اختبار تصوير الخلايا الحية دقة زمنية لكنه يعتمد على معايير الوسم الفلورية الدقيقة وتحليل الصورة، وكلاهما قد يتأثر بتجميع الخلايا أو التداخل الطيفي أو تغيرات في الشكلخلال الزراعة المشتركة. في بعض الحالات، خاصة عندما تشمل الاختبارات الخلايا المؤثرة الأولية، فإن تحقيق وسم فلوري كاف دون تغيير ديناميكيات القتل أمر صعب أو غير ممكن. يوفر اختبار القياس الخلوي التدفق دقة ظاهرية أعلى عند نقطة نهاية محددة، لكنه لا يميز بشكل مستقل بين القتل المبكر والمتأخر إلا إذا تم جمع عدة نقاط زمنية متطابقة، مما قد يكون مكلفا ويستغرق وقتا طويلا17. بالإضافة إلى ذلك، قد تعكس قياسات النهاية ليس فقط موت الخلايا المستهدفة، بل أيضا اختلافات في تكاثر الخلايا المستهدفة، أو فقدان المؤثر، أو التعافي أثناء التعامل مع العينة. لذلك، فإن القراءات الميكانيكية مثل CD107a تفسر بشكل أفضل كمؤشرات تكميلية لتنشيط الخلايا المؤثرة بدلا من بدائل مباشرة لإزالة الخلاياالمستهدفة 19. وبشكل أوسع، لا تعيد أي من المنصتين إنتاج البنية المكانية بالكامل، أو التفاعلات العضلية، أو تدرجات السيتوكينات، أو قيود الانتقال التي تشكل وظيفة خلايا NK في الجسم الحي.
يجب أيضا أخذ عدة عوامل بيولوجية في الاعتبار عند تفسير اختبارات قتل الخلايا النارية الطبيعية. التفاوت بين المتبرع والمانح جوهري في التجارب على خلايا NK البشرية الأولية، والتي تختلف في الجهد الخلوي السامة وتركيب المجموعة الفرعية بسبب عمر المتبرع، والجنس، وتاريخ الأمراض المعدية، وتعدد أشكال المستقبلات20. استخدام خلايا NK-92 يقلل بشكل كبير من التباين، لكن هذه الخلايا لا تزال تظهر تغييرات مرتبطة بالمصدر والممر18. يخفف بروتوكولنا من الفروقات التقنية أو التجريبية من خلال معايير موحدة ومقارنات اللوحة نفسها لتقييم هذه العوامل البيولوجية بدقة أكبر. حيثما أمكن، نوصي باستخدام نطاقات مرور محددة ل NK-92 مع عتبات قابلية ثابتة. بالنسبة لخلايا NK الأولية، يجب أن تستخدم الاختبارات خلايا NK من عدة معطحين لكل حالة، مع أخذ التحليلات الإحصائية في الاعتبار التباين بين المتبرعين (مثل نماذج التأثيرات المزدوجة أو المختلطة)، نظرا لأن الفروق النسبية بين الحالات عادة ما تحفظ بين المتبرعين. علاوة على ذلك، يمكن دمج علامات إضافية لخلايا NK (مثل KIRs، NKG2A/C/D، وCD57) في لوحات الأجسام المضادة المستخدمة لقياس تدفق الخلايا لمقارنة ترددات المجموعات الفرعية بين المتبرعين وتقييم تنشيط خلايا NK الخاصة بكل مجموعة فرعية (أي تعبير CD107a وCD69)، مما يسهل تفسير النتائج بشكل أكبر. أخيرا، لجميع اختبارات قتل الخلايا النارية الصغيرة، يجب النظر في سيناريوهات إضافية معينة. يمكن أن يؤدي التعبير عن المستضدات المستهدفة على خلايا NK، سواء عن طريق التعبير الداخلي أو اكتساب المستضدات من الخلايا المستهدفة عبر التروجوسيتيوز، إلى قتل الأخ لخلايا NK ونتائج مربكة. على سبيل المثال، يمكن لداراتوموماب استهداف CD38 المعبر عنه في خلايا NK وتحفيز قاتل الأخ21، مما يحد من حجم ADCC ضد الأهداف المقصودة. لحسن الحظ، تسمح اختبارات تصوير الخلايا الحية وقياس تدفق الخلايا بقياس كمية الخلايا الطبيعية لتقييم قتل الأخوة.
على الرغم من هذه القيود، يوفر الاستخدام المشترك لتصوير الخلايا الحية وقياس تدفق الخلايا إطار عمل لاختبار وظائف الخلايا الطبيعية القابلة لإعادة الإنتاج عبر مجموعة من التطبيقات الأساسية وما قبل السريرية. يكون سير عمل التصوير مفيدا عندما يكون السلوك الزمني مهما، مثل التمييز بين الاستجابات السريعة والتأخيرة للسمية الخلوية أو مقارنة حركيات القتل عبر تصاميم CAR22. يكون سير العمل القائم على قياس التدفق الخلوي ميزة عندما يجب تفسير القراءات الوظيفية جنبا إلى جنب مع الأنماط الظاهرية للمؤثر والخلايا المستهدفة ضمن نفس العينة. معا، تمكن هذه الأساليب من التقييم الكمي للقتل الطبيعي، والسمية الخلوية التي بوساطة CAR، وADCC باستخدام منصات تجريبية متاحة على نطاق واسع. من خلال إنشاء إطار عمل موحد وقابل للتوسع، يسهل هذا النظام المقارنة الدقيقة والاستجواب الميكانيكي عبر الأساليب القائمة على خلايا NK، مما يسرع من تطوير وترجمة العلاجات المناعية من الجيل القادم وترجمتها.
W.F.G.-B. حصل على مكافأة من BioSciences.sas لعرض علمي حول القياس الطيفي في عام 2025. يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح مالية أو غير مالية متنافسة أخرى.
يشكر المؤلفون ريموند كينيونيس ألفارادو (جامعة ييل)، وييتونغ تشين (معهد راغون للعلوم العامة، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وهارفارد)، أنجيليك هولزيمر وكاثارينا شيرينغ (معهد تطوير العدوى واللقاح، المركز الطبي الجامعي هامبورغ-إبندورف)، وأبنر لويسانت، وجيسيكا دافي، وجينا مولين، وجايل نيوتن (مستشفى ماساتشوستس العام وكلية الطب بجامعة هارفارد) على النصائح العلمية والتقنية والنقاشات العميقة. كما يشكر المؤلفون مايكل وارينغ، وكات فولز-دوناهيو، وناتالي بونهور من مركز تدفق القياس الخلوي في معهد راجون على الدعم الفني الخبير. W.F.G.-B. يحظى بدعم من معهد راغون في ماساتشوستس جنرال، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وهارفارد، وقسم علم الأمراض في مستشفى ماساتشوستس العام، وجائزة المبتكر الجديد من مدير المعاهد الوطنية للصحة (DP2CA311214). تحظى مؤسسة كينغهورن بدعم مؤسسة كينغهورن كمنحة دراسية فوربرايت المستقبلية للدراسات العليا.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| Advanced RPMI-1640 medium | Thermo Fisher Scientific | 12633020 | Basal medium for NK-92 and primary human NK-cell culture media (see protocol for complete formulation) |
| Anti-human CD107a antibody, PE-Cy7 conjugated (clone H4A3) | BioLegend | 328618 | Degranulation marker for flow cytometry |
| Anti-human CD16 antibody, BV785 conjugated (clone 3G8) | BioLegend | 302046 | Flow cytometry |
| Anti-human CD56 antibody, BV421 conjugated (clone HCD56) | BioLegend | 318328 | Flow cytometry |
| Benchtop centrifuge with swinging bucket rotor compatible with 15-mL tubes and 96-well plates (Eppendorf Centrifuge 5810R) | Eppendorf | 5811000015 | Used for cell pelleting and plate centrifugation (100–300 × g) |
| Carboxyfluorescein succinimidyl ester (CFSE) | Thermo Fisher Scientific | C34554 | Cell proliferation dye for target-cell labeling |
| Cytek Aurora spectral flow cytometer (or equivalent) | Cytek Biosciences | N7-00003 | Used for flow cytometry acquisition and analysis |
| DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindole) | BioLegend | 422801 | Nuclear stain for live/dead discrimination |
| Deep-well 96-well plate | USA Scientific | 1896-2110 | Used for antibody preparation |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Fisher Scientific | BP231-100 | Cryopreservation reagent |
| Fetal bovine serum (FBS) | Avantor | 76419-584 | Basal media supplementation; used in FACS buffer (2% FBS) |
| General Purpose Water Bath, 10 L (37 °C) | PolyScience | WBE10 | For cell thawing |
| GlutaMAX (L-alanyl-L-glutamine supplement) | Thermo Fisher Scientific | 35050061 | Stable glutamine source |
| Human AB serum | Sigma-Aldrich | H4522-100ML | Supplement for primary human NK-cell culture media |
| IncuCyte SX5 live-cell imaging system | Sartorius | 4816 | Real-time live-cell imaging and Cell-by-Cell analysis |
| LUNA-FL dual fluorescence cell counter (or equivalent) | Logos Biosystems | L20001 | Automated cell counting |
| Parafilm M (4 in × 250 ft roll) | Genesee | 16-101 | Plate sealing and storage |
| Phosphate-buffered saline (PBS), sterile (pH 7.2–7.4) | Corning | 21-020-CV | Used for washes and FACS buffer preparation |
| Poly-D-lysine (0.1 mg/mL) | Thermo Fisher Scientific | A3890401 | Plate coating reagent |
| Primocin | InvivoGen | ant-pm-2 | Antibiotic |
| Recombinant human interleukin-2 (IL-2) | R&D Systems | 202-IL-500 | Cytokine |
| RosetteSep Human NK-cell enrichment kit | STEMCELL Technologies | 15065 | Human NK-cell enrichment cocktail |
| SYTOX Orange dead cell stain | Thermo Fisher Scientific | S34861 | Viability dye for live-cell imaging |
| Trypan Blue 0.4% | Gibco | 15250-061 | Viability dye for cell counting |
| TrypLE Express Enzyme (1X), no phenol red | Thermo Fisher Scientific | 12604039 | For adherent cell detachment |
| UltraPure EDTA (0.5 M, pH 8.0) | Thermo Fisher Scientific | 15575020 | Used for FACS buffer preparation |
| 15-mL conical-bottom centrifuge tubes | Corning | 352097 | Sterile |
| 24-well tissue culture plate (tissue culture–treated) | Corning | 3524 | Used for NK-cell recovery |
| 96-well clear round-bottom plate (tissue culture–treated) | Corning | 3799 | Used for co-culture and flow cytometry assays |
| 96-well flat clear-bottom black polystyrene plate (tissue culture–treated) | Corning | 3603 | Compatible with live-cell imaging systems |
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن