化疗和放疗作为标准治疗手段,具有淋巴清除和免疫调节作用,可被用于增强T细胞免疫治疗的抗肿瘤疗效。本文概述了一种生成针对EGFRvIII特异性的嵌合抗原受体(CAR)T细胞的方法,并介绍了在胶质母细胞瘤标准治疗背景下给予该细胞的实施方案。
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化疗和放疗作为标准治疗手段,具有淋巴清除和免疫调节作用,可被用于增强T细胞免疫治疗的抗肿瘤疗效。本文概述了一种生成针对EGFRvIII特异性的嵌合抗原受体(CAR)T细胞的方法,并介绍了在胶质母细胞瘤标准治疗背景下给予该细胞的实施方案。
过继性T细胞免疫治疗为特异性靶向并清除恶性胶质瘤提供了一种有前景的策略。T细胞可在体外(ex vivo)通过基因工程改造,表达针对胶质瘤抗原的嵌合抗原受体(CAR T细胞)。标准治疗方案中的化疗和放疗具有淋巴清除和杀瘤效应,可增强过继转移的CAR T细胞的扩增与功能。本文描述了一种生成靶向EGFRvIII(一种胶质瘤特异性抗原)的CAR T细胞的方法,并评估其与小鼠胶质母细胞瘤标准治疗模型联用时的疗效。T细胞通过逆转录病毒载体转导,携带抗EGFRvIII的CAR基因进行工程化改造。荷瘤动物接受替莫唑胺治疗及全脑照射,其剂量方案设计用于模拟临床标准治疗,以进行宿主预处理。随后将CAR T细胞经静脉注射至预处理后的宿主。该方法可用于在标准治疗背景下评估CAR T细胞的抗肿瘤疗效。
胶质母细胞瘤(GBM)是最常见的原发性恶性脑肿瘤,且 invariably 致命。手术切除联合非特异性的标准护理化疗和放疗无法完全清除恶性细胞,导致该病患者的预后极差,中位生存期不足15个月1。相比之下,免疫治疗提供了一种精确靶向肿瘤细胞的方法,因此有望成为一种高效且对周围组织毒性风险较低的治疗平台2-4。通过体外(ex vivo)基因工程改造表达嵌合抗原受体(CARs)的T细胞,为肿瘤免疫治疗提供了一种多功能策略。CAR通过将抗体的胞外可变区与一个或多个胞内T细胞信号分子融合而成,从而替代全长的主要组织相容性复合体(MHC)限制性T细胞受体5。这种类似抗体的抗原识别模式使得反应性抗原特异性T细胞能够在无MHC参与的情况下识别并响应肿瘤抗原,并可针对几乎无限的抗原谱系进行适配。
针对多种肿瘤抗原改造的CAR T细胞已在临床前研究中显示出疗效,并在临床应用中展现出巨大前景6-9具体而言,在胶质母细胞瘤(GBM)背景下,一种CAR T细胞平台靶向表皮生长因子受体变异体III(EGFRvIII),该变异体为在细胞表面表达的肿瘤特异性突变10可延长荷瘤胶质瘤小鼠的生存期11然而,尽管CAR过继疗法具有多功能性,但其临床效益尚未完全实现,部分原因在于肿瘤相关的免疫抑制和免疫逃逸12-16 以及在建立和维持抗原特异性T细胞方面面临的挑战 体内将标准治疗方案(SOC)与免疫治疗相结合,有望克服上述多种局限性,从而在临床前和临床环境中提高疗效。
术后胶质母细胞瘤(GBM)的标准治疗方案(SOC)包括高剂量替莫唑胺(TMZ),一种DNA烷基化剂。17以及全脑照射(WBI)1这些治疗措施被认为可通过上调肿瘤MHC表达,与肿瘤疫苗产生协同作用18-20 以及死亡肿瘤细胞释放抗原17,19,21,22。事实上,添加TMZ20,23 或 WBI18,24 在临床前研究中,可增强基于免疫治疗的抗肿瘤疗效。此外,与许多非特异性细胞毒化疗药物类似,TMZ 已知可引起全身性淋巴细胞减少25,26,可被用作过继治疗平台的宿主条件化手段27-29. TMZ介导的淋巴细胞耗竭已被证明可提高抗原特异性T细胞的频率和功能,从而增强过继性治疗平台对抗颅内肿瘤的疗效30在CAR治疗背景下,淋巴细胞清除通过减少内源性抑制性T细胞的数量,起到宿主预处理的作用31,以及诱导稳态增殖32 通过降低对细胞因子的竞争33从而增强抗肿瘤活性11,34鉴于胶质母细胞瘤标准治疗(GBM SOC)与免疫治疗平台之间存在的协同作用,在标准治疗背景下评估新型过继性疗法和疫苗平台对于得出有关疗效的有意义结论至关重要。
在本实验方案中,我们概述了一种针对携带 EGFRvIII 阳性颅内肿瘤的小鼠,联合使用小鼠 EGFRvIII 特异性 CAR T 细胞、替莫唑胺(TMZ)和全脑照射(WBI)的制备及静脉给药方法(治疗时间线见图 1)。简言之,CAR T 细胞通过逆转录病毒转导在体外(ex vivo)制备。使用 DNA/脂质复合物(包含 CAR 载体和 pCL-Eco 质粒)转染人胚肾(HEK)293T 细胞以产生病毒,随后用该病毒转导已激活的小鼠脾细胞,这些脾细胞被平行地分离并培养。在 CAR 细胞制备期间,携带 EGFRvIII 阳性颅内肿瘤的小鼠接受分次全脑 X 射线照射以及全身性 TMZ 治疗,其剂量相当于临床标准治疗(SOC)。随后,将 CAR T 细胞通过静脉途径递送至淋巴细胞耗竭的宿主小鼠体内。
以下实验流程分为七个独立阶段:(1)对荷瘤小鼠给予替莫唑胺,(2)对荷瘤小鼠进行全脑照射,(3)转染,(4)脾切除与T细胞制备,(5)转导,(6)CAR T细胞培养与收获,以及(7)向荷瘤小鼠施用CAR T细胞。这些阶段包含多个步骤,持续6至7天,并行进行。
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本方案基于一项实验设计,即每只小鼠接受 107 个 CAR T 细胞的治疗,共使用 10 只小鼠。这意味着总共需要 108 个 CAR T 细胞;为弥补细胞活力损失,产量应额外多准备 5 × 107 至 1 × 108 个细胞。以下方案的规模设定为生成约 200 × 106 个细胞。随后,将这些细胞通过静脉注射给予雌性 C57BL/6 小鼠,这些小鼠已建立为期 9 天的同系 EGFRvIII 阳性颅内肿瘤,肿瘤来源于现有的 KR158B 星形细胞瘤或 B16 黑色素瘤细胞系。在生成 CAR T 细胞的同时,对荷瘤小鼠给予临床上相关的淋巴清除剂量的替莫唑胺(TMZ,60 mg/kg)和全脑照射(WBI,16.5 Gy)。
小鼠在杜克大学医学中心(DUMC)的无病原体条件下饲养和繁殖。所有动物实验均依照杜克大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)批准的方案进行。
1. 对荷瘤小鼠给予替莫唑胺
第0至第4天:
2. 荷瘤小鼠的全脑照射
第2至第4天:
3. 转染
第 -1 天:
第0天:
4. 脾切除与T细胞制备
第0天:
5. 转导
第1天:
第2天:
6. CAR T 细胞培养与收获
第3天和第4天:
第5天:
7. 向荷瘤小鼠给予CAR T细胞
第5天:
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CAR T 细胞通过 EGFRvIII CAR 逆转录病毒载体转导生成11。该载体 MSGV1 是由 SFGtcLuc_ITE4 载体发展而来35,后者包含小鼠干细胞病毒(MSCV)长末端重复序列、延长的 gag 区域和包膜剪接位点(剪接供体 sd 和剪接受体 sa),以及病毒包装信号(ψ)。携带人源抗 EGFRvIII 单链可变区片段(scFv)139 的 EGFRvIII CAR,与小鼠 CD8TM、CD28、4-1BB 和 CD3ζ 胞内区串联排列,被克隆至逆转录病毒载体 NcoI 位点的下游(图 3)。
转导后,可通过流式细胞术对CAR T细胞进行定量和表型分析。EGFRvIII CAR T细胞可使用双色抗体组合进行检测,该组合包括与藻红蛋白(SA/PE)偶联的生物素化EGFRvIII来源多聚体以及抗CD3 FITC抗体。采用本文所述的培养与转导方案,我们通常可在55%–70%的小鼠脾细胞中检测到CAR表达(图4A)11。此外,也可使用山羊抗...
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此处描述的治疗时间线旨在模拟临床标准治疗方案,并利用其效应来增强CAR过继性治疗的效果。CAR T细胞剂量、替莫唑胺(TMZ)给药方案以及放射治疗的实施均可进行调整,以增强in vivo T细胞活性、淋巴细胞清除和肿瘤杀伤作用。TMZ方案可加强以实现宿主骨髓消融,从而促进过继转移细胞的扩增30。此外,TMZ的淋巴清除效应可通过低剂量(4–6 Gy)单次全身照射(TBI)来模拟,从而规避标准治疗方案(SOC)中的肿瘤杀伤特性。本研究中采用的放疗方案模拟了生物学等效剂量60 Gy;然而,分次次数和每次剂量可进行调整,以模拟其他临床剂量(表2)。重要的是,我们的标准治疗(SOC)模型采用的是全脑照射(WBI)的生物学等效剂量,而非临床上常用于肿瘤及其边缘区域的局部外照射放疗,因此可能导致对肿瘤的照射剂量较低,同时增加对健康小鼠脑组织毒性的风险。尽管存在这些局限性,全脑照射(WBI)仍是一种在临床前环境中模拟临床放疗的公认技术。
可通过增加或减少CAR T细胞剂量,观察其对肿瘤杀伤效果和总体生存率的影响11...
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作者声明无利益冲突。
作者谨此感谢 Laura Johnson 博士和 Richard Morgan 博士提供了 CAR 逆转录病毒载体。作者还感谢 Giao Ngyuen 在全脑照射剂量测定方面的协助。本研究得到了美国国立卫生研究院国家癌症研究所资助项目(1R01CA177476-01)的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| pCL-Eco 逆转录病毒包装载体 | Imgenex | 10045P | 用于生成CAR逆转录病毒的辅助载体 |
| 刀豆蛋白A | Sigma Aldrich | C2010 | 非特异性有丝分裂原,用于诱导T细胞增殖和病毒转导 |
| Retronectin | ClonTech/Takara | T100B | 促进T细胞的逆转录病毒转导 |
| Lipofectamine 2000 | Life Technologies | 11668-019 | 转染试剂 |
| DMEM,高糖,丙酮酸 | Life technologies | 11995-065 | HEK293细胞培养基 |
| RPMI 1640 | Life Technologies | 11875-093 | T细胞培养基 |
| Opti-MEM I 减血清培养基 | Life technologies | 11058-021 | 转染培养基 |
| 200 mM L-谷氨酰胺 | Life technologies | 25030-081 | T细胞培养基添加剂 |
| 100 mM 丙酮酸钠 | Life technologies | 11360-070 | T细胞培养基添加剂 |
| 100X MEM 非必需氨基酸溶液 | Life technologies | 11140-050 | T细胞培养基添加剂 |
| 55 mM 2-巯基乙醇 | Life technologies | 21985-023 | 清除自由基的还原剂 |
| 青霉素-链霉素(10,000 U/ml) | Life technologies | 15140-122 | T细胞培养基添加剂 |
| 庆大霉素(50 mg/ml) | Life technologies | 15750-060 | T细胞培养基添加剂 |
| GemCell 美国来源胎牛血清 | Gemini Bio Products | 100-500 | 为体外细胞生长提供生长因子和营养物质 |
| 牛血清白蛋白(BSA),第五组分–标准级 | Gemini Bio Products | 700-100P | 阻断逆转录病毒在Retronectin包被板上的非特异性结合 |
| Pharm Lyse(10倍浓缩液) | BD Biosciences | 555899 | 在脾细胞处理过程中裂解红细胞 |
| 70 μm 无菌细胞筛 | Corning | 352350 | 在脾细胞处理过程中过滤掉大块组织颗粒 |
| 100 mm 多聚-D-赖氨酸包被培养皿 | Corning | 356469 | 促进HEK293细胞贴壁,以实现转染后最大增殖 |
| [header] | |||
| 替莫唑胺 | Best Pharmatech | N/A | 在给药当天配制的冻干粉末 |
| 二甲基亚砜 | Sigma Life Sciences | D2650 | 完全溶解替莫唑胺所必需 |
| 生理盐水 | Hospira | IM 0132 (5/04) | 替莫唑胺和氯胺酮/赛拉嗪的溶剂 |
| Ketathesia HCl | Henry Schein Animal Health | 11695-0701-1 | 氯胺酮溶液 |
| AnaSed | Lloyd Inc | N/A | 赛拉嗪无菌溶液,100 mg/ml |
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