在此,我们介绍一种可快速、可重复地制备具有可调控大小、形状及表面蛋白呈递能力的仿生可降解人工抗原呈递细胞(aAPC)的实验方案,用于T细胞扩增。 离体 或 体内.
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在此,我们介绍一种可快速、可重复地制备具有可调控大小、形状及表面蛋白呈递能力的仿生可降解人工抗原呈递细胞(aAPC)的实验方案,用于T细胞扩增。 离体 或 体内.
人工抗原呈递细胞(aAPC)因其强大的T细胞刺激能力,成为一种极具前景的免疫调节平台。与基于细胞的aAPC相比,无细胞基质具有显著优势,包括能够精确控制信号呈递参数以及aAPC表面的物理特性,从而调控其与T细胞的相互作用。由各向异性颗粒(特别是椭球形颗粒)构建的aAPC已被证明比球形颗粒在刺激T细胞方面更为有效,这归因于其更强的结合能力、更大的T细胞接触表面积,以及更低的非特异性摄取和更优的药代动力学特性。尽管对各向异性颗粒的兴趣日益增加,但即使是诸如薄膜拉伸等已被广泛接受的各向异性颗粒制备方法,在实际操作和可重复性方面仍面临挑战。
为此,我们描述了一种快速、标准化制备可生物降解的各向异性颗粒基人工抗原呈递细胞(aAPC)的方案,该aAPC具有可调控的尺寸、形状及信号呈递特性,适用于T细胞扩增。 离体 或 体内,以及表征其大小、形态和表面蛋白含量并评估其功能的方法。该制备各向异性人工抗原呈递细胞(aAPC)的方法具有可扩展性和可重复性,非常适合用于生成aAPC "现成的" 免疫疗法
人工抗原呈递细胞(aAPC)作为免疫调节剂已展现出良好的应用前景,因其能够引发强烈的抗原特异性T细胞反应。这些平台的关键在于其能高效地呈递T细胞活化所必需的关键信号。无细胞aAPC相较于基于细胞的aAPC更具吸引力,因为其制备更简便、成本更低,在放大生产和临床转化过程中面临的挑战更少,并且可降低基于细胞治疗的相关风险。此外,无细胞aAPC还可高度精确地调控与T细胞相互作用的表面信号呈递参数及其物理特性1。
人工抗原提呈细胞(aAPC)必须模拟T细胞活化所必需的至少两种信号。信号1提供抗原识别,当T细胞受体(TCR)识别并结合携带其同源抗原的MHC I类或II类分子时触发,最终通过TCR复合物传导信号。为了绕过对抗原特异性的要求,aAPC系统通常携带针对CD3受体的激动型单克隆抗体,以非特异性地激活TCR复合物。此外,可溶性MHC的重组形式,特别是MHC多聚体,也已被用于aAPC表面以提供抗原特异性。2,3信号2是一种调控T细胞活性的共刺激信号。为了提供T细胞活化所需的共刺激信号,通常通过人工抗原呈递细胞(aAPC)表面呈递的激动型抗体刺激CD28受体,尽管其他共刺激受体(如4-1BB)也已被成功靶向4信号1和信号2蛋白通常被固定在刚性颗粒表面以合成人工抗原呈递细胞(aAPC)。历史上,aAPC由多种材料制备而成,包括聚苯乙烯4,5 右旋糖酐铁6较新的系统采用可生物降解的聚合物,如聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA),以制备可高效偶联信号蛋白的人工抗原呈递细胞(aAPC),适用于直接给药 体内,并可促进包封的细胞因子或可溶性因子的持续释放,以增强T细胞活化7,8.
除了必要的信号蛋白的存在外,在人工抗原呈递细胞(aAPC)与T细胞相互作用过程中,受体在足够大的表面积上发生结合对于T细胞的活化至关重要。因此,aAPC的物理参数(如尺寸和形状)会显著改变其可接触的接触面积,进而影响其刺激T细胞的能力。研究表明,微米级的aAPC比纳米级的aAPC在刺激T细胞方面更为有效。9,10然而,纳米级人工抗原呈递细胞(nano-aAPC)可能具有更优的生物分布特性以及更佳的淋巴结引流能力,从而增强其功能表现 体内 微小人工抗原呈递细胞11形状是基于颗粒的 aAPC 系统中另一个受关注的变量。最近研究表明,各向异性 aAPC 在刺激 T 细胞方面优于各向同性颗粒,主要归因于其与靶细胞的相互作用增强,同时非特异性细胞摄取减少。细胞优先结合到椭球形颗粒的长轴上,而较大的曲率半径和平坦的表面使得 aAPC 与 T 细胞之间的接触面积更大12椭球形颗粒的长轴也不利于吞噬作用,导致其在体内的循环时间较球形颗粒更长。 体内 给药12,13由于这些优势,椭球形颗粒可介导抗原特异性T细胞更显著的扩增 体外 和 在体 与球形颗粒相比,该效应在微米和纳米尺度上均有观察到12,13有多种策略可用于制备各向异性颗粒,但薄膜拉伸是一种简单且被广泛接受的方法,可用于制备多种不同形状的颗粒。14合成后,将颗粒铸造成薄膜,并在高于颗粒材料玻璃化转变温度的条件下进行一维或二维拉伸。随后溶解薄膜以回收颗粒。尽管各向异性颗粒日益受到关注,目前基于颗粒的 aAPC 制备方法仍主要局限于各向同性体系,且改变颗粒形状的方法往往难以实施,与某些 aAPC 合成策略不兼容,并缺乏精确性和可重复性15我们的薄膜拉伸技术可手动或自动操作,能够快速制备由多种可生物降解聚合物合成的各向异性微粒,并在一维或二维方向上拉伸至目标长径比。15.
基于我们之前的研究,我们开发了一种可生物降解的颗粒载体方法,并结合可扩展的薄膜拉伸技术,以标准化方式快速制备具有可调控大小和形状的人工抗原呈递细胞(aAPC),用于T细胞扩增 离体 或 体内我们的蛋白质偶联策略可用于将任意目标蛋白质以特定密度连接至颗粒表面的羧基基团,从而使该人工抗原呈递细胞(aAPC)系统具有高度灵活性。我们还描述了表征aAPC的粒径、形貌及表面蛋白质含量的方法,并介绍了评估其功能活性的实验方案。 体外该方案可轻松调整以扩增免疫细胞 离体 或 体内 用于多种免疫治疗应用。
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本文所述所有方法均已获得约翰斯·霍普金斯大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准。
1. 可调尺寸球形PLGA颗粒的制备
2. 可调控形状的聚合物微粒的制备
3. 表面蛋白偶联以构建人工抗原呈递细胞
4. aAPC 的表征与评估
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自动化的二维薄膜拉伸装置示意图见图1。一维薄膜拉伸装置的示意图和描述见Ho等人的研究17。该拉伸装置采用标准铣削和机械加工技术,由铝制部件构成。与一维拉伸装置类似,二维拉伸装置包含金属夹具和导轨。双向丝杠用于将直线运动转换为旋转运动。丝杠通过机械螺纹与具有足够扭矩的相同步进电机相连。8根步进电机控制线可焊接到8针耐高温安费诺连接器上,以便于在烘箱中进行薄膜拉伸时与控制台连接。必须使用足够长度的聚四氟乙烯(PTFE)涂层导线将步进电机连接至控制台中的驱动器。推荐的计算机控制系统如图1A所示。两个电机必须通过耐高温导线连接至两个独立的驱动器。这两个驱动器随后需连接至微控制器,以实现与计算机的通信。驱动器应连接至微控制器的X轴和Y轴输出端口。驱动器和微控制器均需外接电源。在将电源连接至这三个组件之前,建议在每个供电连接之间插入一个4 A的保险丝,以防止电流过载对组件造成损坏。最后,可通过并行端口输入,使用DB25...
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本方案详细描述了一种用于精确制备各向异性聚合物微粒的通用方法。此处介绍的薄膜拉伸技术具有可扩展性、高度可重复性且成本低廉。其他用于制备各向异性微粒的技术存在诸多局限性,包括成本高、通量低以及微粒尺寸受限。薄膜拉伸法的另一优势在于,微粒在合成后才被改造为各向异性结构,因此可与多种微粒尺寸和合成方法兼容。图1展示了自动化二维拉伸装置的设置。该装置也可在不使用电子元件的情况下,通过手动旋转螺钉,使薄膜达到所需的拉伸程度。然而,我们发现自动化过程比手动操作更加一致且快速15。目前已开发出多种合成各向异性微粒的技术,例如微流控方法17,18,19、逐层涂覆法21以及其他自下而上的合成方法21,22
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作者无任何利益冲突需要披露。
EBA(DGE-1746891)和 KRR(DGE-1232825)感谢美国国家科学基金会研究生研究奖学金项目的支持。RAM 感谢美国国立卫生研究院国家癌症研究所国家研究服务奖(F31CA214147)以及大学科学家成就奖励奖学金的支持。作者感谢美国国立卫生研究院(R01EB016721 和 R01CA195503)、防盲研究组织 James 与 Carole Free 催化剂奖以及约翰·霍普金斯大学 Bloomberg-Kimmel 癌症免疫治疗研究所提供的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 聚乙烯醇,分子量 25000,88% 水解 | Polysciences, Inc. | 02975-500 | |
| 甘油 | Sigma-Aldrich | G9012 | |
| 数字温度计 | 吸虫 | N/A | 型号名称:Fluke 52 II |
| 浸入式温度探头 | 扁虫 | N/A | 型号名称:Fluke 80PK 22 |
| 数字加热板 &和搅拌器 | Benchmark Scientific | H3760-HS | |
| 多点搅拌器 | 赛默飞世尔科技 | 50093538 | |
| Resomer RG 504 H,聚(D,L-丙交酯-共-乙交酯) | Sigma-Aldrich | 719900 | |
| 二氯甲烷 | Sigma-Aldrich | D65100 | |
| 匀浆器 | IKA | 0003725001 | |
| 超声波破碎仪 | 声学 & 材料有限公司 | N/A | 型号:VC 505 |
| 超声破碎仪隔音罩 | 声学 & 材料有限公司 | N/A | 部件编号:630-0427 |
| 超声波破碎探头 | 声学 & 材料有限公司 | N/A | 货号:630-0220 |
| 超声波细胞粉碎仪微探头 | 声学 &安普&材料公司 | N/A | 部件编号:630-0423 |
| 高速离心机 | 贝克曼库尔特 | N/A | 型号:J-20XP(已停产),替代型号:J-26XP |
| 高速离心机转子 | 贝克曼库尔特 | 369691 | 型号:JA-17 |
| 高速聚碳酸酯离心管 | 赛默飞世尔科技 | 3118-0050 | 50 mL,螺旋盖 |
| 矩形一次性培养皿 | VWR International | 25384-322 | 75 x 50 x 10 毫米 |
| 方形一次性培养皿 | VWR International | 10799-140 | 100 mm × 100 mm |
| 叶片 纯化的抗小鼠 CD3 抗体ε 抗体 | Biolegend | 100314 | |
| InVivoMab 抗小鼠 CD28 抗体,克隆号 37.51 | Bio X Cell | BE0015-1 | |
| N-(3-二甲氨基丙基)-N′盐酸乙基碳化二亚胺 | Sigma-Aldrich | E6383 | |
| N-羟基琥珀酰亚胺钠盐 | Sigma-Aldrich | 56485 | |
| MES | Sigma-Aldrich | M3671 | |
| Alexa Fluor 488 抗小鼠 CD3 抗体 | Biolegend | 100212 | |
| APC 抗小鼠 CD28 抗体 | Biolegend | 102109 | |
| 康宁 96孔固体聚苯乙烯微孔板 | Sigma-Aldrich | CLS3915 | 平底,黑色聚苯乙烯 |
| 蛋白低吸附管,1.5 mL | Eppendorf | 22431081 | |
| RPMI 1640 培养基(含 L-谷氨酰胺) | 赛默飞世尔科技 | 11875093 | |
| 胎牛血清 | Sigma-Aldrich | F4135 | 热灭活,经无菌过滤 |
| 环丙沙星 | Sigma-Aldrich | 17850 | |
| 2-巯基乙醇 | Sigma-Aldrich | M6250 | |
| 重组人IL-2(无载体) | Biolegend | 589102 | |
| 丙酮酸钠(100 mM) | 赛默飞世尔科技 | 11360070 | |
| MEM非必需氨基酸溶液(100X) | 赛默飞世尔科技 | 11140050 | |
| MEM维生素溶液(100倍浓缩) | 赛默飞世尔科技 | 11120052 | |
| CD8a+ 小鼠T细胞分离试剂盒 | Miltenyi Biotech | 130-104-075 | |
| CellTrace CFSE 细胞增殖试剂盒 | 赛默飞世尔科技 | C34554 | |
| LS 柱 | Miltenyi Biotech | 130-042-401 | |
| MidiMACS 分离器 | Miltenyi Biotech | 130-042-302 | |
| MACS 多功能支架 | Miltenyi Biotech | 130-042-303 | |
| 流式细胞仪 | Accuri C6 | ||
| Synergy 2 多功能微孔板检测仪 | BioTek | ||
| autoMACS 运行缓冲液 | Miltenyi Biotec | 130-091-221 | |
| 细胞筛 | 赛默飞世尔科技 | 22363548 | 无菌,70 µm 尼龙网 |
| ACK裂解缓冲液 | 赛默飞世尔科技 | A1049201 | |
| C57BL/6J(Black 6)小鼠 | 杰克逊实验室 | 000664 | 雄性,至少7周大 |
| U型底组织培养板 | VWR | 353227 | 无菌的96孔组织培养处理聚苯乙烯板 |
| 40 V 直流电源 | Probotix | LPSK-4010 | |
| PTFE涂层导线 | 穆瑟 | 602-5858-100-01 | 这适用于100英尺的线轴,但使用等效的导线也可行 |
| 步进电机驱动器 | Probotix | MondoStep5.6 | |
| IDC 连接器套件 | Probotix | IDCM-10-12 | |
| 微控制器 | Probotix | PBX-RF | |
| 4A 保险丝 | Radio Shack | 2701026 | 相同规格的保险丝同样适用 |
| DB25 公对公电缆 | Probotix | DB25-6 | |
| USB-A 转 USB-B 数据线 | 订书钉 | 2094915 | 等效电缆同样适用 |
| 8针Amphenol连接器,公头与母头 | 穆瑟 | 654-97-3100A-20-7P 和 654-97-3106A20-7S | |
| 步进电机 | Probotix | HT23-420-8 | |
| 右旋丝杠 | Roton | 60722 | |
| 左旋丝杠 | Roton | 60723 | |
| 螺钉 | McMaster Carr | 92196A151 | |
| 氯丁橡胶 | McMaster Carr | 8698K51 | |
| 右旋带法兰引导螺母 | Roton | 91962 | |
| 左旋带法兰引导螺母 | Roton | 91963 | |
| Linux 控制计算机 | Probotix | LCNC-PC | 任何符合规格并安装 Linux 操作系统的计算机均可使用 |
| 康宁瓶顶式真空过滤系统 | Sigma-Aldrich | CLS431097 | |
| 0.4% 台盼蓝溶液 | 赛默飞世尔科技 | 15250061 |
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