RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
zh_CN
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
该协议描述了正交胰腺肿瘤的外科生成和新鲜分离的鼠胰腺肿瘤的快速消化。消化后,可行的免疫细胞群可用于进一步下游分析,包括通过流式细胞测定检测细胞内细胞因子的T细胞外体刺激。
胰腺癌的体内模型为研究疾病动态、免疫渗透和新的治疗策略提供了宝贵的工具。正交鼠模型可以同时对大量免疫能力小鼠进行,价格相对便宜,并保存了共生组织的微环境。正交肿瘤中T细胞渗透和细胞毒性活性的定量提供了抗肿瘤反应的有用指标。
该协议描述了通过将少量合成肿瘤细胞重新悬浮在5μL基底膜中直接注入胰腺,从而手术生成正交胰腺肿瘤的方法。携带正交肿瘤的小鼠大约需要 30 天才能到达终点,此时可以采集和处理肿瘤,以表征肿瘤渗透 T 细胞活性。使用胶原酶和DNase的快速酶消化允许从肿瘤中提取单细胞悬浮液。保存从肿瘤中提取的免疫细胞的生存能力和细胞表面标记物;因此,它适用于多种下游应用,包括用于培养或RNA提取的免疫细胞的流量辅助细胞分类、免疫细胞群的流式细胞测定分析。在这里,我们将T细胞群对细胞内细胞因子定量(IFN®和TNF®)和脱粒活性(CD107a)的体外刺激描述为整体细胞毒性的量度。在抗CD107a抗体存在的情况下,用醋酸和电霉素刺激全肿瘤消化5小时,以调节细胞因子的产生和脱粒。在最后4小时中加入布雷芬丁A和莫嫩辛,以阻止细胞外传输,并最大化细胞因子检测。然后对细胞进行细胞外和细胞内染色,进行流式细胞测定分析,其中对IFN+ 、TNF+和CD107a+CD4+和CD8+T细胞的比例进行了量化。
该方法为肿瘤微环境的综合分析提供了基础。
该方法详细介绍了使用少量细胞材料生成正交胰腺肿瘤的外科手术,以及随后对已建立肿瘤的快速解离,以便对免疫细胞群进行全面的流式细胞测定分析,包括T细胞功能的体外分析。
胰腺导管腺癌(PDAC)是一种侵略性癌,只有8%的患者存活5年1。由于只有不到20 % 的病人有资格接受第2次手术切除手术,因此,新的病人样本不易获得研究,因此体内模型为研究这种疾病提供了必要的工具。PDAC有多个小鼠模型:正射、皮下、转基因、静脉注射和患者衍生异种移植(PDX),这里广泛描述了3。此处描述的正交模型允许将合成PDAC细胞注入免疫能力小鼠的胰腺中。这可以在大量野生型或突变小鼠中执行,从而为治疗剂的比较提供了一个经济高效且一致的模型。重要的是,正交模型为肿瘤细胞生长和转移提供共生微环境,我们手中和其他4个转移到临床相关部位(如肝脏),使其比皮下或化学诱导模型更具临床相关性。正交肿瘤显示PDAC的主要特征,如具有很强的脱塑性反应,具有丰富的成纤维细胞和细胞外基质沉积5。PDAC的转基因模型是鼠种模型的黄金标准,最常用的是KPC模型,它表示突变KrasG12D/+和Trp53R172H/+在胰腺特异性Pdx-1-Cre启动子6下。这里将审查KPC和其他体内PDAC模型。KPC小鼠自发地发展胰腺肿瘤与疾病进展,忠实地复制人类PDAC6的特点。然而,对于所有转基因模型,育种方案成本高昂,肿瘤进展是可变的,因此往往需要大量的小鼠。PDX模型使用患者衍生的肿瘤细胞或片段,然后由正射或更常见地在免疫功能低下小鼠中分皮生长。异种移植模型为筛选治疗化合物和考虑患者异质性提供了有用的工具。然而,它们不能提供完全的免疫微环境,从而限制了其应用8,9。
一旦建立,正交肿瘤通常需要约1个月或更长时间生长(取决于使用的细胞系),并形成大肿瘤,可以很容易地成像通过超声波或MRI跟踪进展,并确定治疗效果4,5,10。然而,一旦呈指数增长,肿瘤生长的最后阶段可以迅速,所以大多数治疗方案是相对早开始(例如,14天)11,12。免疫系统在肿瘤发育中起着关键作用,包括PDAC,其特征是免疫抑制肿瘤渗透与相对缺乏T细胞和频繁存在的骨髓细胞13。在PDAC中T细胞的高存在可以产生更好的预后14,15。然而,作为单一剂,免疫检查点抑制剂,缓解T细胞免疫抑制,如抗CTLA-416和抗PD-L117,在PDAC患者中没有表现出临床效益,很可能是因为整体T细胞反应性非常低。然而,抗CD40等主要T细胞反应的试剂可以克服抗PD-L1/CTLA-4的抗抗18、19,以及用GM-CSF分泌异体PDAC疫苗(GVAX)接种疫苗,可增加PDAC肿瘤20的免疫原性,表明增强T细胞反应形成重要的治疗途径。
抗肿瘤T细胞反应的关键是通过T细胞受体(TCR)识别肿瘤衍生抗原,以及随后产生的细胞毒性细胞因子和颗粒。虽然T细胞抗原识别可以通过TCR测序来确定,但这种方法既昂贵又耗时。然而,肿瘤渗透T细胞子集的定量提供了抗肿瘤反应的良好指示。进一步检查T细胞活动外体内的脱粒,细胞因子生产和其他细胞毒性因子提供了更深入的功能分析。这些测定可以在新鲜肿瘤样品上进行,通过流式细胞测定可以快速测量T细胞功能的许多参数。
CD8+和CD4+T细胞产生细胞因子,如IFN®和TNF®,以增强免疫反应21。IFN- 诱导MHCI对靶细胞的调节,诱导免疫细胞的分化和招募,帮助细胞死亡。由CD8+T细胞生产的IFN®具有很好的特征,是抗肿瘤反应的一部分,与肿瘤回归22、23相关。TNF® 是 CD8+和 CD4+ T 细胞产生的另一种抗炎细胞因子。它增强了TCR依赖性的激活和T细胞的增殖,有助于抗肿瘤反应。在TCR参与时,细胞毒性CD8+T细胞可以进行脱粒,其中含有细胞毒性分子的预形成分泌的岩体被释放到免疫突触中,导致靶细胞降解21。这些分子包括Perforin,一种与靶细胞膜结合的蛋白质,形成孔隙,然后破坏膜完整性,并允许扩散21或内分泌24其他细胞毒性分子,如Granzyme B,直接进入目标细胞的细胞质。Granzyme B是一种蛋白酶,它导致靶细胞内多种蛋白质的降解,导致细胞死亡21。这种分子的释放需要内分泌体外向细胞表面,其中内体标记CD107a(也称为LAMP-1)被暂时地并入细胞膜25。
T细胞对细胞体分泌的测量需要通过流量辅助细胞分选或基于珠的分离测定进行分离,这在大量样品上无法同时进行。然而,细胞内细胞因子的测量不需要任何预隔离步骤,并且一次可以在多个样品上轻松执行,从而允许采用更高的通量方法。由于细胞因子被T细胞迅速分泌,细胞内水平可能检测不到,因此T细胞需要刺激以增加基底细胞因子的产生。为了评估抗原驱动的细胞因子的产生,TCR确认的抗原必须由在体外注的APC呈现给T细胞。在不知道抗原特异性的情况下,需要广泛的刺激方法。TCR刺激可以使用抗CD3/28珠进行模拟,提供TCR激活和共刺激,诱导细胞因子的产生和增殖。然而,一个更具成本效益的替代物是使用PMA和电霉素,它们共同广泛激活信号通路,导致细胞内细胞因子的合成和释放。具体来说,PMA激活蛋白激酶C(PKC)和碘霉素提高细胞内Ca2+离子,导致细胞信号增加。为了保持细胞因子的细胞内含量,这种刺激可以有效地与蛋白运输抑制剂布雷芬A和莫嫩辛结合,后者阻断了Golgi中的蛋白质,从而防止细胞外释放。使用PMA/电霉素是刺激T细胞的成熟方法,细胞外释放和细胞内细胞因子26之间有很强的相关性。用PMA和电霉素刺激T细胞也会增加对细胞膜的细胞体贩运,因此CD107a在被回收到细胞之前在细胞表面暂时地整合。通过在刺激过程中加入抗CD107a抗体,可以将其用作脱粒活性25的标记物。
该方法快速消化肿瘤,提供单细胞悬浮液。此时,单个群体可以直接染色进行流式细胞测定,或通过下游方法进行纯化:流量辅助细胞分选或磁珠分离。制备用于流式细胞测定分析的单细胞悬浮液,可对多个免疫细胞群及其表型标记进行高通量分析,从而准确量化免疫细胞数量和表型。
最后,此处描述的消化方案可防止细胞表面标记物损失,并保持免疫细胞活力,使免疫细胞能够根据需要进行进一步的细胞纯化步骤和培养。然而,这种方法尚未测试从这种消化中衍生上皮细胞。
根据1986年英国内政部动物和科学程序法以及2010/63/EU欧洲指令,正交性胰腺肿瘤如前所述产生。所有小鼠都接受术前监测疼痛或痛苦的迹象,包括但不限于体重减轻(> 15%,在72小时或20%在任何特定时期),皮毛,眼睛变窄,步态升高,驼背外观,以及伤口感染的迹象,包括出血,发红和溃疡。肿瘤生长通过触觉监测,其他临床症状,如人工呼吸,黄斑和冷四肢也被监测,以评估是否达到终点的迹象。所有程序都应在无菌条件下进行。流式细胞染色前使用的所有试剂都应在无菌条件下制备。
1. 注射用肿瘤细胞的制备
2. 肿瘤细胞的正交注射
3. 胰腺肿瘤的消化
4. 从消化肿瘤中制备单细胞悬浮液
5. 为细胞进行外体刺激准备
6. 流式细胞学的细胞外和细胞内染色
将1000TB32048细胞注射到胰腺后,正交肿瘤大约需要30天才能发展(图1A,B)。手术期间的基底膜渗漏可能导致大肿瘤直接在围膜壁上形成,这些肿瘤在皮肤上可见(图1C)。我们将把这些老鼠从研究中去除。然而,良好的手术技能,泄漏的发生率最小化。在终点收获的正交肿瘤在C57BL/6野生型小鼠中可以长到相当大的大小(图1D)。收获的正交肿瘤需要在胶原酶/DNase中消化20分钟,以实现单细胞悬浮(图2)。此时,肿瘤衍生细胞可在 U 底板中镀在 2 x 106细胞/孔。根据样本中T细胞的患病率,可改变镀层细胞的数量;如果T细胞处于高密度,细胞数量可以降低。控制脾脏或淋巴结样品也可以在此点镀刺激。每口井均用PMA和电霉素刺激5小时,孵育1小时后,加入布雷芬A和莫嫩辛,以阻止细胞因子细胞外释放(图2)。孵育后,样品被染色用于细胞外表位和细胞内细胞因子,以便通过流式细胞学进行分析(图2)。
用流式细胞法对携带正位肿瘤小鼠的脾脏和肿瘤样本进行了分析。脾脏和正交肿瘤流动细胞学分析中使用的浇注策略排除了使用FSC-A、SSC-A、FSC-A/FSC-H和SSC-A/SSC-W的双片碎片,然后死细胞或凋亡细胞为可修复活力染料阳性(图3A)。免疫细胞然后作为CD45+进行封闭,T细胞进一步封闭为CD3+CD4+和CD8+子集定义(图3A)。执行荧光减1(FMO)以确定浇注的背景荧光,仅执行布雷芬A/monensin控制以确定细胞因子的基础生产(图3B-D)。
对于IFN®,用布雷芬A/莫尼辛孵育,在脾脏和肿瘤样本中,在FMO对照下,IFN+没有增加。然而,PMA和电霉素的加入增加了细胞内IFN+在脾和肿瘤衍生CD4和CD8+T细胞中可检测到的百分比。
脾CD4+和CD8+T细胞,用作阳性对照,其IFN® 产量比肿瘤渗透T细胞子集相对较高,平均为6.60± 1.5%和12.97 ± 3.4%,而4.81 ± 1.0 % 和 4.13 ± 1.3%,表明免疫抑制发生在肿瘤内(图3B和4A)。使用TNF®的相同策略,我们设想,与肿瘤渗透CD4+T细胞(22.45 ±5.4%)相比,高比例的脾CD4+T细胞对细胞内TNF®呈阳性(65.93 ± 2.3%)。脾脏和肿瘤渗透CD8+ T细胞产生类似的TNF®水平(分别为25.15 ± 3.7 % 和 19.91 ± 5.1%)(图3C,图4B)。
最后,CD107a是一种内皮标记物,在细胞毒性颗粒和细胞因子的外泄过程中在细胞表面瞬时地表达,因此,它被用作细胞毒性的代理标记。在刺激过程中染色CD107a的好处是,荧光抗体捕获所有瞬态细胞表面表达的CD107a。CD107a的基础水平显示在仅处理的白蛋白A/monensin细胞中。对于脾CD8+ T细胞,用PMA/电霉素刺激增加检测到的CD107a水平,在CD8中最强的上升调节为23.95 ± 3.5% CD107a+, 相比肿瘤渗透 CD8+细胞的 5.8 ± 1.9%, 表明 scellcd8=具有更高的去角率。另一方面,脾脏和肿瘤渗透CD4=表示CD107a 9.37 ± 1.5% 和11.50 ± 1.8% 的可比水平 (图 3D和4C)。
总体而言,这些结果突出表明,将非常低的(1,000)肿瘤细胞注射到胰腺中,可以产生正交肿瘤。这些肿瘤可以迅速消化,以分离T细胞的外体刺激。与继发淋巴器官中的T细胞相比,细胞内细胞因子的检测是可能的,并突出了渗透T细胞的免疫抑制的基础水平。

图1:正交胰腺肿瘤的生成。(A)体内实验时间表.(B) 腹腔内(左)和切除后(右)的正交肿瘤的宏观外观,其中显示的肿瘤已切成两半。(C) 手术期间基底膜渗漏的证据可能导致肿瘤发展,这些肿瘤通过皮肤(上部照片)可见,并在围膜壁上形成(下图)。(D) 从达到终点(n=22)的小鼠身上采集的正交胰腺肿瘤重量。每个数据点表示单个鼠标,条形图显示均值 = SEM。此图中的数据已由以前发布的工作10进行了修改。请点击此处查看此图的较大版本。

图2:处理外体T细胞刺激的正交肿瘤的原理图。收获后,胰腺肿瘤在胶原酶(2mg/mL)和DNase(0.025mg/mL)中快速消化20分钟,在37°C下。之后,在完全 RPMI 介质中,在 2 x 106/mL 处重新悬浮细胞,并在 U 底板中镀层。将PMA和电霉素的刺激作用加入5小时,此时抗小鼠CD107a抗体也可添加到培养物中。孵育1小时后,加入细胞内运输阻滞剂,布雷费尔丁A和莫嫩辛。在体外刺激后,细胞被转移到V底板中,用可修复的可活性染料染色(在PBS中),20分钟4°C。细胞在FACS缓冲液中洗涤,在抗CD16/32(FcR块)中孵育15分钟(在FACS缓冲液中),然后用额外的细胞荧光结合抗体孵育30分钟(在FACS缓冲液中)。细胞在FACS缓冲液中再次洗涤,并在细胞内固定缓冲液中重新悬浮20分钟。在此之后,在 FACS 缓冲区中洗涤一次,在 1x 渗透缓冲液中洗涤一次。细胞在RT下在细胞内荧光结合抗体中重新悬浮1小时1小时(在1倍渗透缓冲液中)。细胞在1x渗透缓冲液中洗涤一次,在FACS缓冲液中重新悬浮一次,在24小时内在流细胞仪上采集。

图3:外体刺激脾脏和肿瘤衍生T细胞的流式细胞测定分析。(A) 用于脾脏(阳性对照)和正位肿瘤样本的流式细胞测量门控策略。使用 FSC-A/SSC-A 对碎屑进行区分,使用 FSC-A/FSC-H 和 SSC-A/SSC-W 进一步隔离单个单元。死细胞或凋亡细胞被排除使用可修复的可生存染料-FVD506和免疫细胞被关在CD45+ 。在此 CD3+ T 细胞和 CD4+ CD8+子集定义。数据是在 BD Fortesa 上获取的。(B) 用于量化 IFN++ CD4+和 CD8+ T 细胞的浇注策略。在完全刺激的样品(PMA/电霉素/血亚霉素A/单宁)上使用荧光减1(FMO)控制来确定背景荧光。仅控制白蛋白A/单一蛋白(仅限B+M)用于确定基基细胞因子的产生。然后,使用完全刺激的样本计算 IFN++ T 细胞百分比。(C) 用于量化 TNF++ CD4 + CD8+ T细胞的浇注策略。FMO 控制在完全刺激的样品 (PMA/碘霉素/布雷芬 A/单宁)上,以确定背景荧光。仅控制白蛋白A/单一蛋白(仅限B+M)用于确定基基细胞因子的产生。然后,使用完全刺激的样品计算 TNF++ T 细胞的百分比。(D) 用于定义 CD107a + CD4+ CD8+ T 单元的浇注策略。FMO 控制在完全刺激的样品 (PMA/碘霉素/布雷芬 A/单宁)上,以确定背景荧光。仅控制(仅限 B+M)的布雷芬 A/单一蛋白用于确定基底脱粒。然后,使用完全刺激的样本计算 CD107a+ T 细胞 %。在 FlowJo 版本 10.6.1 上分析了所有流式细胞测定数据。此图中的数据已由以前发布的工作10进行了修改。请点击此处查看此图的较大版本。

图4:体外脾脏和肿瘤衍生T细胞活性的定量。CD4+和 CD8+ T 细胞对 (A) IFN +( B) TNF +和(C) CD107a+的比例在脾脏 (n_4) 和肿瘤 (n_7) 中用于正交肿瘤携带小鼠。每个数据点表示单个鼠标和误差条显示平均值 = SEM。 统计显著性使用未配对的 t 检验测试进行测试,其中 = p<0.05 和 = p<0.001。所有数据都使用棱镜 8 进行分析。此图中的数据已由以前发布的工作10进行了修改。请点击此处查看此图的较大版本。
作者没有什么可透露的。
该协议描述了正交胰腺肿瘤的外科生成和新鲜分离的鼠胰腺肿瘤的快速消化。消化后,可行的免疫细胞群可用于进一步下游分析,包括通过流式细胞测定检测细胞内细胞因子的T细胞外体刺激。
我们要感谢动物技术员服务和阿尔兹贝塔·塔拉罗维乔娃博士(英国伦敦玛丽女王大学巴特斯癌症研究所)在矫形外科手术期间给予的帮助。我们还要感谢詹妮弗·莫顿博士(英国格拉斯哥比森癌症研究所)在外科技术方面的指导,克里斯蒂娜·吉雷利博士(英国伦敦玛丽女王大学巴特斯癌症研究所)就肿瘤消化问题提出建议,以及法比安·麦克拉纳汉博士(英国伦敦玛丽女王大学巴特斯癌症研究所)就超活性T细胞治疗方案提供的建议。我们还要感谢医学研究委员会(MRC)、胰腺癌研究基金(PCFR)和卵巢癌行动组织为这项研究提供资金。
| 6/0 号涂层 vicryl 可吸收缝合线 | Ethicon | W9500T | |
| 70 μm 孔径细胞过滤器 | Fisher Scientific | 11597522 | |
| 9 mm Clay Adams 夹 | VetTech Solutions | IN015A | |
| 抗 CD107a PE(克隆 1D4B) | Biolegend | 121612 | 1:100 与培养基 |
| 抗 CD16/CD32 | BD Biosciences 553142 | 以 1:200 的最终稀释度使用 | |
| CD3 PerCP eFluor710(克隆 17A2) | Biolegend | 46-0032 | 以 1:50 的最终稀释度使用 |
| 抗 CD4 FITC(克隆 GK1.5) | eBioscience | 11-0041 | 以 1:100 的最终稀释度使用 抗 |
| CD45 亮紫 605(克隆 30-F11) | Biolegend | 103140 | 以 1:200 的最终稀释度使用 |
| CD8 亮紫 421(克隆 53-6.7)Biolegend | 100738 | 以 1:100 的最终稀释度使用 | |
| IFN-γ PE/Cy7(克隆 XMG1.2) | Biolegend | 505826 | 以 1:50 的最终稀释度使用 |
| 抗 TNF-α Alexa Fluor 647 (克隆 MP6-X) | Biolegend | 506314 | 以 1:50 BD 的最终稀释度使用 |
| 胶基底膜基质 高浓度 | BD Biosciences | 354248 | 在冰上分装并储存在 -20 °C 中;C |
| 牛血清白蛋白 (BSA) | Sigma-Aldrich | A4503 | |
| 细胞刺激混合物 (500x)(佛波醇 12-肉豆蔻酸酯 13-乙酸酯 (PMA) 和离子霉素) | eBioscience | 00-4970-03 | 1x 终浓度 PMA 0.081 μM,离子霉素 1.34 &μ;M |
| Clay Adams 自动夹胶机 | VetTech Solutions | IN015B | |
| Clay Adams 自动夹胶去除剂 | VetTech Solutions | IN015B | |
| V 型胶原酶,来自溶组织梭菌 | Sigma-Aldrich | C9263 | 2 mg/mL,溶于二 |
| 甲基亚砜 (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650-100mL | |
| DMEM 高葡萄糖 (4.5 g/L)L-谷氨酰胺 | PAA | E15-810 | |
| DNase(来自牛胰腺 II-S 型的脱氧核糖核酸酶 I)原液 10 mg/mL,溶于 0.15 M NaCl | Sigma-Aldrich | D4513 | 消化培养基中的终浓度 0.025 mg/mL |
| 可固定活力染料 506 (FVD506) | eBioscience | 65-0866 | 在 PBS 中以 1:200 的比例使用 |
| 胎牛血清 (FCS) | GE Healthcare | A15-104 | 10% 在 RPMI 中 |
| 汉密尔顿注射器 700 系列,25 &μ;L 体积,22 秒规格针斜头 | Fisher Scientific | 10100332 | |
| 细胞内固定缓冲液和细胞内透化缓冲液 | eBioscience | 88-8824-00 | 将透化缓冲液稀释至 1x H2O |
| 青霉素/链霉素 | PAA | 15140122 | 100 单位/mL 青霉素,100 μ;g/mL 链霉素 |
| 蛋白质转运抑制剂混合物 (500x) (布雷菲德菌素 A 和 monesin) | eBioscience | 00-4980-03 | 1x 终浓度 布雷菲德菌素 A 10.6 &μ;M, 莫能菌素 2 &μ;M |
| RPMI-1640(含0.3 g / L谷氨酰胺) | Sigma-Aldrich | R8758 | |
| 手术刀刀片No.10 | Swann-Morton | 0501 | |
| 胰蛋白酶-EDTA溶液10x | Sigma-Aldrich | 594-18C | 胰蛋白酶(0.1%) EDTA(0.4%) 终浓度 |
| U型底96微孔板 | VWR | 734-2080 | |
| 通用棉尖涂抹器 - 6英寸 x 100 | 保健储蓄 | UN982 | |
| V 型底 96 微孔板 | VWR | 735-0184 |