在我们首次进行的人体基因治疗临床试验中,将表达靶向CD19的嵌合抗原受体(CAR)的T细胞作为B细胞恶性肿瘤的试验性治疗手段。本文描述了利用Sleeping Beauty(SB)系统对T细胞进行遗传修饰,以导入靶向CD19的CAR,并在设计的CD19阳性人工抗原呈递细胞上实现选择性扩增。
在我们首次进行的人体基因治疗临床试验中,将表达靶向CD19的嵌合抗原受体(CAR)的T细胞作为B细胞恶性肿瘤的试验性治疗手段。本文描述了利用Sleeping Beauty(SB)系统对T细胞进行遗传修饰,以导入靶向CD19的CAR,并在设计的CD19阳性人工抗原呈递细胞上实现选择性扩增。
通过将基因治疗与免疫治疗相结合,可改进临床级T细胞的效能,从而构建出一种具有更优生物学特性的生物制品,其潜力体现在:(i) 对肿瘤相关抗原(TAAs)的识别能力增强,(ii) 输注后在体内持久存续,(iii) 向肿瘤部位迁移的潜力提升,以及 (iv) 在肿瘤微环境中重复发挥效应功能的能力。目前大多数用于人类临床应用的T细胞基因改造方法,均采用逆转录病毒和慢病毒载体以实现嵌合抗原受体(CAR)的稳定表达。1-3此方法虽然符合现行药品生产质量管理规范(GMP),但由于依赖少数生产设施来制备和放行临床级重组病毒,成本较高。非病毒质粒的电转导作为一种替代转导的方案具有吸引力,因为DNA可在临床级生产中的成本约为前者的十分之一th 重组GMP级病毒的成本。为了提高整合效率,我们进行了改进 睡美人 用于人类应用的 (SB) 转座子与转座酶4-8我们的SB系统使用两种DNA质粒,其中一种转座子编码目的基因(例如 2nd 第二代CD19特异性CAR转基因(指定为CD19RCD28)和一种转座酶例如 SB11)可将外源基因插入TA双核苷酸重复序列中9-11为了获得满足临床需求数量的基因修饰T细胞,我们使用经改造以表达肿瘤相关抗原(TAA)的K562细胞系衍生的人工抗原呈递细胞(aAPC)(克隆#4)。例如 CD19,以及T细胞共刺激分子CD86、CD137L、膜结合型白细胞介素(IL)-15(与修饰的IgG4 Fc区融合的肽段)和CD64(Fc-γ受体1),用于负载单克隆抗体(mAb)12在本报告中,我们展示了在符合cGMP条件下生成靶向CD19的CAR的可执行操作步骤+ 适用于人体应用的T细胞。通过同步电转染两个DNA质粒——SB转座子(CD19RCD28)和SB转座酶(SB11),随后在可溶性重组人IL-2和IL-21存在条件下,每隔7天添加γ射线照射的aAPC(克隆#4)以刺激细胞,从而筛选获得稳定整合子13通常需要进行4个周期(连续培养28天),以获得具有临床应用前景数量的稳定表达CAR的T细胞。该制备临床级CD19特异性T细胞的方法可应用于外周血(PB)或脐带血(UCB)来源的T细胞。此外,通过将导入的CAR特异性与aAPC上由CAR识别的TAA表达相匹配,该策略还可用于生成针对多种肿瘤类型的T细胞。
第0天或之前
1. 从外周血和脐带血中分离单个核细胞(MNC)
第0天用于电穿孔的T细胞制备
3. 第0天对单个核细胞(MNC)进行电穿孔(核转染)(使用10个比色皿的完整流程)
第1天(共1天)st 及后续刺激周期
第1天通过流式细胞术分析CAR表达
第1天aAPC(克隆#4)的制备。aAPC(克隆#4)由K562细胞(亲本细胞系购自美国模式培养物集存库)衍生而来,用于共表达所需T细胞共刺激分子
6. aAPC介导的CAR刺激+ 第1天开始时的T细胞st 及后续刺激周期
第3天、第5天
7. CAR+ T 细胞的持续培养
第7天
8. 第一轮人工抗原呈递细胞介导的刺激周期结束
9. 耗竭 CD56+ 细胞(通常在电穿孔后 7 至 14 天之间)
刺激周期 #2、#3 和 #4 分别对应第 8 天 → 14 天、第 15 天 → 21 天以及第 22 天 → 28 天
10. 通过递归添加aAPC扩增T细胞至临床所需数量
第28天
11. 最后一轮aAPC介导的刺激周期结束:收获T细胞
我们报道,通过电转染DNA质粒并将T细胞在γ射线照射的aAPC上扩增,可生成适用于临床的人源外周血(PB)和脐带血(UCB)来源T细胞的数量。这些经基因修饰的T细胞表达导入的CAR,可识别与主要组织相容性复合体无关的肿瘤相关抗原CD19。用于表达(i)转座子的SB来源DNA质粒,一种2nd 第二代CAR(CD19RCD28),通过CD28和CD3-ε传递信号14,以及(ii)转座酶SB1115,此前已有描述13,16,17本研究中使用的质粒由Waisman临床生物制造中心(Madison, WI)商业生产。aAPC(克隆#4)源自K562细胞(亲本细胞系购自美国模式培养物集存库),共同表达所需T细胞共刺激分子(每种引入的分子均在 390%(如前所述,在aAPC细胞表面)12在此,我们展示了可通过SB转座技术将CAR导入来自外周血(PB)或脐带血(UCB)的单个核细胞(MNC),再添加人工抗原呈递细胞(aAPC),以CAR依赖的方式扩增CD19特异性T细胞图1、图4)13,18. 十个比色皿(2x107 每位受体使用 MNC/比色皿进行电穿孔处理 15 μg 编码转座子(CAR)的DNA质粒(CD19RCD28/pSBSO) 5 μg 编码转座酶(SB11)的DNA质粒(pCMV-SB11)。若单个核细胞(MNC)数量有限,或为适应实验室工作规模,可减少电穿孔所用比色皿的数量。电穿孔当天定义为刺激周期#1的“第0天”。作为流式细胞术和培养条件的对照,自体T细胞进行模拟电穿孔处理(不加DNA质粒),并在预先负载OKT3抗体以交联CD3、从而维持T细胞增殖的γ射线照射过的aAPC(克隆#4)上进行数量扩增。我们通常在电穿孔后的第二天评估电转效率及T细胞的存活率。图2B)。对照DNA质粒(命名为pmaxGFP)和CAR在该初始时间点的EGFP表达反映了整合型和游离型质粒的蛋白表达。通常,电穿孔后第二天,EGFP表达率约为60%,CAR表达率约为40%(图2A) T细胞存活率为40-50%。在存在可溶性重组人IL-2和IL-21的条件下,反复添加γ射线照射的aAPC,可获得稳定表达CAR(CD19RCD28)的T细胞。CD3阴性CD56+ 若培养物中NK细胞比例≥10%,尤其是T细胞上CAR表达比例较低时,应使用特异性针对CD56的顺磁性微珠去除NK细胞。该步骤可防止NK细胞快速过度生长,从而避免其干扰aAPC维持CAR T细胞增殖的能力。+ T细胞。偶尔,从CAR中耗竭NK细胞+ 在最后两个刺激周期中进行T细胞操作,但由于部分CAR细胞共表达CD56,会导致目标细胞的损失+ T细胞。在共培养的第14天之后,T细胞在功能封闭系统中使用Vue Life培养袋进行培养。通常在共培养的第14天或第21天(即第二轮或第三轮刺激周期结束时),将一部分经基因修饰并扩增的T细胞冷冻保存,作为未来分析的存档材料,并在后续生产工艺中出现意外问题时用于复苏。T细胞通常在培养第28天左右收获。图3)中常规表达 >90% CAR 且为 >80% 存活率(图2C,D). 我们先前已证明,在aAPC上共培养四周后,CD3+ T细胞的平均扩增倍数为19,800±11,313(携带CAR)+ 表达率为 90%±7.5 13这些T细胞经过冷冻保存,并接受生产过程中的检测和放行检测,以评估所制备产品的安全性和治疗潜力。放行检测依照临床实验室改进修正案(CLIA)的要求进行,以在临床试验受试者回输前出具分析证书。

图1. 从外周血(PB)和脐带血(UCB)中电穿孔并扩增CAR+ T细胞的步骤示意图。 点击此处查看高清大图。

图 2. 外周血来源基因修饰 T 细胞的表征。(A) 首次刺激周期第 0 天 EGFP 的表达,用于评估基因转导效率。(B) 电穿孔后约 24 小时及 (C) 在 aAPC 上共培养 28 天后,通过流式细胞术检测 CD3+、CD8+ 和 CD4+ T 细胞中 CD19 特异性 CAR(CD19RCD28)的表达。在脐带血来源的 T 细胞中也观察到类似的 CAR 表达。(D) CAR 表达的动力学变化。 点击此处查看高清大图。

图3. 外周血来源的CAR+ T细胞的扩增。 外周血来源的CD3+ 和CAR+ T细胞在γ射线照射的aAPC存在下,联合重组人源可溶性IL-2和IL-21反复共培养后的数量扩增速率。向上的箭头表示添加γ射线照射的aAPC,标志着每一轮刺激周期的开始。脐带血来源的CAR+ T细胞表现出类似的扩增速率。

图4. 使用SB系统和aAPC系统对来自外周血(PB)和脐带血(UCB)的CAR+ T细胞进行基因修饰与扩增的制备流程示意图。 通过电转将SB来源的超螺旋DNA质粒导入T细胞,并在重组人可溶性IL-2和IL-21存在条件下,与K562来源的aAPC(克隆#4)进行后续共培养,从而生成靶向CD19的CAR+ T细胞。 点击此处查看高清大图。
| T细胞来源 | 转座子* | 转座酶 | T细胞输注 | IRB # | NIH-OBA # | IND # |
| 自体(患者来源)** | CD19RCD28 | SB11 | 自体造血干细胞移植后 | 2007-0635 | 0804-922 | 14193 |
| 同种异体(供者来源) | CD19RCD28 | SB11 | 同种异体造血干细胞移植后 | 2009-0525 | 0910-1003 | 14577 |
| 同种异体(供者来源) | CD19RCD28 | SB11 | 同种异体脐带血移植后 | 2010-0835 | 1001-1022 | 14739 |
表1. 在美国食品药品监督管理局(FDA)的监管下,于MDACC开展的临床试验中输注在aAPC上扩增的CD19特异性CAR+ T细胞。 *T细胞通过强制表达编码靶向CD19的SB转座子而获得特异性nd 第二代CAR,命名为CD19RCD28,通过CD28和CD3-ζ传导信号。**试验详见参考文献#7
转座子与转座酶系统,例如 piggyBac12,19 和 SB18,20-22,是基因治疗的非病毒方法,可作为临床级CAR的病毒介导转导的替代方案+ T细胞。选择睡美人(SB)作为基因转移系统,是基于其在人类基因治疗中的潜在应用价值。1,6,23我们开发了SB转座(用于导入CAR)与递归添加γ射线照射的aAPC(用于回收稳定表达CAR的基因修饰T细胞)两项双重技术,作为符合cGMP标准的I/II期临床试验中制备肿瘤相关抗原特异性T细胞的平台技术。图4。经过28天(四个7天刺激周期)在γ射线照射的aAPC上共培养后,我们通常能够获得至少约1010 适用于人类应用的基因修饰T细胞。根据需要,可进行额外的刺激循环,以产生更大量的基因修饰T细胞。此外,如果CAR较少+ T细胞是必需的,可通过减少电穿孔所用比色皿数量,并在每轮刺激周期开始时仅将扩增后T细胞中的一部分继续在活化人工抗原呈递细胞(aAPC)上进行后续增殖,从而缩小电穿孔与扩增的操作规模。收获用于输注的大多数经电穿孔和扩增的T细胞可稳定表达CAR。CD4的扩增+ 和 CD8+ 表达我们2的T细胞nd 生成的CAR包括具有记忆/初始表型的细胞,并表现出重定向特异性的三个特征。首先,经基因修饰的T细胞可特异性裂解CD19+ 靶点,其次,在响应CD19时产生IFN-γ+ 刺激细胞,第三,响应 CD19 发生增殖+ 饲养细胞,均以CAR依赖性方式13,18通过SB系统以非病毒质粒DNA电转的方式将CAR转基因整合,可在来自外周血和脐带血的静息态原代T细胞中实现。我们及其他研究者已对K562细胞进行遗传改造,使其作为人工抗原呈递细胞(aAPC),以高效扩增出满足临床输注需求数量的T细胞。24,25. 人工抗原呈递细胞及组织培养环境(例如 IL-21的添加)已进行修改,以生成患者和供体来源的CD19特异性T细胞,用于造血干细胞移植后的输注表1)13,18我们可以通过静脉穿刺获取的外周血(PB)直接制备CAR+ T细胞,从而避免了通过单采分离术获取外周血单个核细胞(MNC)所带来的成本、不适和不便。该方法能够大量制备CAR+ 来自少量单个核细胞的T细胞特别适用于异基因脐带血移植后输注T细胞。由于新生儿供者体积小且信息匿名,无法在后续时间点再次获取该个体的样本,且可用于T细胞制备的收获单个核细胞数量有限,以避免干扰造血功能。目前正在进行生产工艺的进一步优化,包括引入高通量电穿孔装置,并结合完全封闭式的WAVE生物反应器,以最大限度减少人工操作。总体而言,SB系统与人工抗原呈递细胞(aAPC)是生成靶向CD19的嵌合抗原受体(CAR)T细胞的有吸引力的技术平台+ 能够适应并大规模生成经基因修饰的T细胞,以识别其他细胞表面肿瘤相关抗原,且符合cGMP规范。
未声明任何利益冲突。
作者感谢宾夕法尼亚大学的 Carl June 博士在生成和提供 aAPC 克隆 #4 方面提供的帮助,以及明尼苏达大学的 Perry Hackett 博士在 SB 系统方面提供的帮助。
基金支持:癌症中心核心资助(CA16672);RO1(CA120956,CA124782,CA141303);R33(CA116127);P01(CA148600);SPORE(CA136411);Albert J Ward基金会;Burroughs Wellcome基金;Gillson Longenbaugh基金会;德克萨斯州癌症预防与研究所;CLL全球研究基金会;美国国防部;Noelan L. Bibler遗产;Harry T. Mangurian, Jr. 白血病免疫治疗基金;个性化癌症治疗研究所;白血病与淋巴瘤学会;淋巴瘤研究基金会;MDACC姊妹机构网络基金;Miller基金会;Herb Simons先生;Joe H. Scales先生及夫人;Thomas Scott先生;国家癌症研究基金会;儿科癌症研究基金会;细胞治疗生产援助项目(PACT);William Lawrence与Blanche Hughes儿童基金会。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 试剂 | |||
| 表达GFP的DNA质粒(pmaxGFP) | Lonza | VPA-1002(试剂盒) | |
| PBS | Sigma | D8537 | |
| CliniMACS PBS-EDTA | Miltenyi Biotec | 70026 | |
| HyQ RPMI-1640 | 赛默飞世尔科技 | SH30096.01 | |
| 无酚红 RPMI-1640 | 赛默飞世尔科技 | SH30605.01 | |
| Hyclone 胎牛血清 | 赛默飞世尔科技 | SH3007003HI | |
| GlutaMAX(100倍浓缩液) | Gibco | 3505-061 | |
| Ficoll-Paque | GE Healthcare Biosciences | 17-1440-02 | |
| 重组人IL-21 | PeproTech | AF-200-21 | |
| 重组人白细胞介素-2(Proleukin) | 诺华 | NDC 65483-116-07 | |
| 人T细胞试剂盒(核转染溶液) | Lonza | VPA-1002 | |
| CliniMACS CD56 试剂 | Miltenyi | 70206 | |
| FITC标记的鼠源mAb,特异性识别人CD3 | BD Biosciences | 349201 | |
| 与特异性识别人 CD4 的小鼠单克隆抗体偶联的 APC | BD Biosciences | 340443 | |
| PerCPCy5.5 标记的鼠源抗人 CD8 单克隆抗体 | BD Biosciences | 341051 | |
| PE 偶联的 F(ab')2 山羊抗人 Fc 抗体片段γ | Invitrogen | H10104 | |
| 叠氮化钠 | Sigma | S2002 | |
| 一次性用品 | |||
| 12孔板 | 康宁 | 3513 | |
| T-75 cm²2 烧瓶 | 康宁 | 430641 | |
| 培养袋 | Vue Life | 290°C;750°C | |
| 50 ml 离心管 | BD Biosciences | 352098 | |
| 设备 | |||
| Amaxa Nucleofector II | Lonza | AAB-1001 | |
| 细胞计数仪 | Nexcelom Bioscience | Cellometer Vision | |
| Sorvall Legend RT 离心机 | Sorvall | 75004377 | |
| BD FACS Calibur | BD Biosciences | 342975 | |
| 程序降温仪 | 平面仪 | Kryo 750 | |
| 辐照仪 | CIS bio International | IBL-437 C#09433 | |
| <表格 边框="1"> | |||
| 分子(内源性和外源性)的表达 | |||
| 细胞系 | 通用名称 | 细胞类型 | 表达的分子 |
| CJKT64.86.41BBL.GFP-IL15.CD19 | 克隆4 | K562 | CD86、CD64、CD137L、CD19、GFP 与膜结合型 IL-15 共表达 |
完全培养基(CCM) (4℃保存) °C,最长可达30天)
HyQ RPMI-1640/无酚红RPMI-1640
10% FBS
1% GlutaMAX
流式细胞术缓冲液 (4℃保存) °C,最长可达30天)
PBS
2% FBS
0.1% 叠氮化钠
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