本文介绍了一种用于生成抗原特异性CD8 T细胞并在体外扩增的实验方案,旨在获得大量具有功能的T细胞,用于体外和体内实验。
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本文介绍了一种用于生成抗原特异性CD8 T细胞并在体外扩增的实验方案,旨在获得大量具有功能的T细胞,用于体外和体内实验。
1型糖尿病(T1D)的特征是胰岛特异性自身免疫反应,导致β细胞破坏以及胰岛素分泌的绝对缺失。在自发性非肥胖糖尿病(NOD)小鼠模型中,胰岛素是主要的自身抗原靶点,通过基因操作去除单个关键胰岛素表位即可防止疾病发生。因此,选择性清除携带该致病表位的专业抗原呈递细胞(APCs)是一种抑制异常胰岛素特异性自身免疫反应的策略,且可能具有更高的转化应用潜力。
嵌合抗原受体(CAR)可引导T细胞选择性地靶向致病性抗原。该技术是近年来利用细胞工程进行过继性细胞治疗以治疗多种癌症的核心方法。在本方案中,我们描述了一种优化的T细胞逆转录病毒(RV)转导及体外扩增方案,该方案可从少量初始T细胞出发,高效生成大量具有功能的抗原特异性CD8+ CAR-T细胞。此前已有多种CAR-T细胞制备方案被报道,但通常转导效率较低,且转导后细胞存活率不高。相比之下,本方案的转导效率可达90%,所获得的细胞在体内可存活超过两周,单次输注即可显著延缓疾病的发生。我们对细胞培养与转导的详细步骤进行了说明,以便关键操作能够被清晰遵循。从原代细胞分离到CAR表达的整个流程可在14天内完成。该通用方法可应用于任何已知靶点的小鼠疾病模型。同样,本方案的具体应用(靶向致病性肽段/MHC II类分子复合物)也可推广至其他已鉴定出关键复合物的自身免疫性疾病模型。
鉴于抗原特异性免疫疗法(ASI)可能降低非靶向效应的风险,因此其在治疗1型糖尿病(T1D)等自身免疫性疾病方面具有广阔前景。越来越多的证据表明,针对(前原)胰岛素的免疫反应在T1D中可能尤为重要1。在过去十年中,包括我们团队在内的多个研究小组的研究结果强烈提示,由特定MHC II类分子呈递的包含胰岛素B链第9至23位氨基酸的表位(B:9-23/MHCII)在小鼠和人类T1D的发生过程中起着重要作用2,3,4,5。为了选择性靶向B:9-23/MHCII复合物,我们开发了一种单克隆抗体,命名为mAb287,该抗体不与激素胰岛素或其他肽段组成的复合物发生交叉反应6。mAb287可在体外阻断抗原呈递,每周向糖尿病前期NOD小鼠注射mAb287可使35%的治疗小鼠延缓T1D的发生6。为了在体内阻断抗原呈递,通常需要频繁注射以维持较高的循环浓度。我们假设,可利用Ab287的高度特异性来重编程T细胞,从而为T1D提供更优的抗原特异性T细胞治疗策略7。
据报道,细胞毒性T细胞只要识别出其同源配体的单个分子,即可杀伤靶细胞8,9,10。因此,针对B:9-23/MHCII特异性的CD8 T细胞在清除异常抗原呈递方面,预期比亲本抗体具有更高的效率,因为后者通常需要结合同一抗原呈递细胞上的多个复合物才能发挥作用。CAR T细胞已被用于治疗多种人类癌症11,12,13,也可能在自身免疫疾病中具有疗效14。然而,迄今为止,尚无针对致病性肽段-MHC复合物特异性的CAR-T细胞被用于干预1型糖尿病(T1D)的疾病进程。通过采用下文所述的优化CD8 T细胞转导技术,我们近期已初步证明该策略确实是一种可行的方法7。
在本实验方案中,我们介绍了一种高效且简化的转导与扩增方法。本方案适用于需要高效生成小鼠CD8 CAR T细胞的其他研究。
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小鼠在转基因小鼠繁育中心的特定无病原体条件下饲养,所有动物实验均依照贝勒医学院动物护理与使用委员会批准的方案进行。
注意:本实验需要同时进行病毒和T细胞的制备。表1总结了该实验方案。主要试剂和缓冲液列于材料表中。本实验方案重点在于生成和扩增靶向特定抗原呈递细胞(APC)群体的CAR-T细胞。
1. 单链Fab抗体(scFab)-CAR的构建与验证。
注意:CAR 通常包含三个关键结构域——抗原靶向结构域、间隔区/跨膜结构域以及胞内信号传导结构域。每种 CAR 的具体设计取决于其预期靶标,因此,除与逆转录病毒生成相关的构建体关键特征外,本方案中不会详细描述这些设计。用于下述研究的 CAR 整体结构如图1所示。简而言之,靶向结构域由亲本单克隆抗体的完整轻链以及重链的可变区和 CH1 结构域组成,二者通过一个半刚性连接肽相连;间隔区/跨膜结构域来源于小鼠 CD28;信号传导结构域则为包含小鼠 CD28、CD137(4-1BB)和 CD247(CD3ζ)元件的融合结构。这些元件可通过标准分子生物学方法(如拼接重叠聚合酶链式反应(PCR))或合成相应的“基因片段”进行组装。mAB287 CAR 构建的具体细节见 Zhang 等人7。cDNA 序列可应要求向作者索取。
2. 病毒产生细胞的转染(第 -4 天至第 3 天)
注意:使用 Phoenix-ECO 细胞(参见材料表)生产逆转录病毒19,20。在产生潜在感染性因子时,应采取适当的预防措施(建议使用指定的 BSL-2 生物安全柜,并配备独立的培养箱用于培养转染/转导细胞)。
3. 初始CD8 T细胞的分离与激活(第-1天至第0天)
注意:此前,从雌性NOD小鼠在4–5周龄时收集CD8 T细胞,该时间点处于胰岛炎症开始之前21,22。所有小鼠操作均须遵循IACUC批准的实验方案。使用商业化的阴性选择试剂盒从小鼠脾细胞中富集CD8 T细胞。
4. T细胞激活(第0至2天)
[在此处插入图 2]
5. 活化CD8 T细胞的转导(第1至3天)
注意:本实验方案采用旋转转导法。需要配备摆动转子和组织培养板适配器、且能够维持内部温度为 37 °C 的离心机。为确保最高转导效率,在转导当天,收集病毒前应将离心机预热至 37 °C。
6. 通过荧光激活细胞分选(FACS)纯化转导细胞(第5天或第6天)
7. 分选后CAR-T细胞的扩增(第5至10天)
8. CAR T细胞抗原特异性和功能性的验证。
注意:可通过四聚体染色法验证靶向肽/MHC复合物的CAR T细胞的结合特异性7,23。类似地,通过检测其同源配体刺激后细胞因子的分泌或细胞毒性,可确认其功能活性。位于埃默里大学的美国国立卫生研究院四聚体核心实验室(TCF)是获取“四聚体”及相关染色方案的推荐来源。
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通常,使用本方案的转导效率约为 60–90%。在 图3 所示的实验中,分选前大约有 70% 的 CD8 T 细胞共表达 GFP,这些细胞同时也共表达 CD28 和 CD3(图3C)。重要的是,所有“实验组”GFP+ 细胞均能与 IAg7-B:R3 四聚体共染色,但不与对照四聚体结合(图4)。类似地,分选后的实验组和对照组 CAR-T 细胞仅在与表达相应配体的靶细胞共培养后,才分泌高水平的 IFN-γ(图5)。这证实了转导后的细胞具有针对亲本抗体靶标的 CD8 效应 T 细胞表型。
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本方案描述了一种通过逆转录病毒转导高效制备抗原特异性CD8 CAR-T细胞的方法。本方案的转导效率通常较高,且一般可观察到CAR的稳定表达。扩增后的CAR T细胞保留了亲代活化T细胞的基本特性以及抗体特异性,适用于体外和体内实验。我们已将Ab-CAR CD8 T细胞应用于NOD小鼠1型糖尿病的重编程研究7。
本方案在先前描述的方法基础上进行了多项关键性改进。首先,我们采用了一种优化的T细胞培养基,可实现更长的激活时间。所述完全培养基含有多种关键添加剂的最佳浓度,能显著提高T细胞激活后的存活率和增殖程度。需要注意的是,小鼠IL-2可替代人源蛋白并获得相当的效果,但目前人IL-2更具成本优势。值得注意的是,使用激活40–48小时的T细胞进行转导,其转导效率显著高于仅激活24小时的细胞。
其次,我们采用了一种改进的转导方法,该方法去除了对T细胞有毒性的聚凝胺B(polybrene B),转而使用纤维连接蛋白(fibronectin),从而进一步提高了细胞存活率。需要注意的是,为确保良好...
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MAb287 及其衍生物受2014年授予的一项美国专利保护。
本研究由JDRF基金(编号1-INO-2015-74-S-B、2-SRA-2016-238-S-B和SRA-2-S-2018-648-S-B)、糖尿病教育与行动奖以及贝勒医学院分子医学Caroline Wiess Law研究基金资助。细胞分选由贝勒医学院细胞计量与细胞分选核心设施完成,经费来自美国国立卫生研究院(NIH)(S10RR024574和P30CA125123)。所有肽-MHC四聚体均来自美国国立卫生研究院四聚体核心设施。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 2-巯基乙醇(50 mM) | Gibco | 21985-023 | 50 μM |
| 5’ RACE PCR | Clontech | 634859 | |
| 抗小鼠 CD28 抗体 | eBioscience | 14-0281-86 | 终浓度为 1µg/ml |
| 抗小鼠 CD3e 抗体 | eBioscience | 145-2C11 | 终浓度为 1µg/ml |
| 生物素标记大鼠抗小鼠 IFN-γ | BD Biosciences | 554410 | 工作浓度为 0.5 µg/ml |
| BSA | Sigma | A7030 | |
| 无内毒素大提纯试剂盒(Endo-free Maxi-Prep kit) | Qiagen | 12362 | |
| 庆大霉素 | Gibco | 15750-060 | 终浓度为 50 µg/ml |
| 热灭活胎牛血清(FCS) | Hyclone | SH30087.03 | 终浓度为 10% FCS |
| HEPES(100X) | Gibco | 15630-080 | 1X |
| IAg7-CLIP 四聚体-BV421 | Emory 大学 NIH 四聚体中心 | 按批准提供 | 工作浓度为 6 µg/ml |
| IAg7-胰岛素 P8E 四聚体-BV421 | Emory 大学 NIH 四聚体中心 | 按批准提供 | 工作浓度为 6 µg/ml |
| 胰岛素-转铁蛋白-硒-乙醇胺(ITS 100x) | ThermoFisher | 51500056 | 终浓度为 1x |
| Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668019 | |
| LS 柱 | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| MACS 分离缓冲液 | Miltenyi Biotec | 130-091-221 | |
| 小鼠 CD8a+ T 细胞分离试剂盒 | Miletenyi Biotec Inc | 130-104-075 | |
| 小鼠 CD8a+ T 细胞分离试剂盒 | Miltenyi Biotec | 130-104-075 | |
| Opti-MEM 培养基 | ThermoFisher | 31985070 | |
| 青霉素-链霉素(5000 U/ml) | ThermoFisher | 15070063 | 50 U/ml |
| Phoenix-ECO 细胞 | ATCC | CRL-3214 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | Gibco | 10010-023 | |
| pMIG II | Addgene | 52107 | |
| pMSCV-IRES-GFP II | Addgene | 52107 | |
| 纯化型大鼠抗小鼠 IFN-γ | BD Biosciences | 551216 | 工作浓度为 3 µg/ml |
| 红细胞裂解缓冲液 | Sigma | R7767 | |
| RetroNectin | Takara | T100A | 在 PBS 中工作浓度为 50 µg/ml |
| rhIL-2(储存浓度 105 IU/μl) | Peprotech | 200-02 | 终浓度为 200 IU/ml |
| rmIL-7(储存浓度 50 ng/μl) | R&D | 407-ML-005 | 终浓度为 0.5 ng/ml |
| RPMI-1640 | Gibco | 11875-093 | |
| 无菌细胞筛 | Fisher Scientific | 22-363-548 | |
| Tryple | Gibco | 12605-028 |
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