本文描述了一种利用急性淋巴细胞白血病患者来源的异种移植模型,作为评估和监测靶向CD19的嵌合抗原受体T细胞相关毒性的策略。
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本文描述了一种利用急性淋巴细胞白血病患者来源的异种移植模型,作为评估和监测靶向CD19的嵌合抗原受体T细胞相关毒性的策略。
嵌合抗原受体T(CART)细胞疗法已成为治疗多种CD19+恶性肿瘤的有力工具,这也促使美国食品药品监督管理局(FDA)近期批准了多个靶向CD19的CART(CART19)细胞治疗产品。然而,CART细胞疗法伴随一系列独特的毒性反应,可能导致显著的发病率和死亡率,其中包括细胞因子释放综合征(CRS)和神经炎症(NI)。在CART技术的研发过程中,临床前小鼠模型的应用至关重要,可用于评估CART细胞的疗效与毒性。目前可用于测试这种过继性细胞免疫疗法的临床前模型包括同源性模型、异种移植模型、转基因模型以及人源化小鼠模型。尚无单一模型能够完全模拟人类免疫系统,每种模型均有其优势与局限性。本方法学论文旨在介绍一种利用急性淋巴细胞白血病患者来源的白血病母细胞建立的患者来源异种移植模型,用于评估CART19相关的毒性反应,包括CRS和NI。该模型已被证实能够重现临床上观察到的CART19相关毒性反应以及治疗效果。
嵌合抗原受体T(CART)细胞疗法彻底改变了癌症免疫治疗领域,在治疗复发/难治性急性淋巴细胞白血病(ALL)、大B细胞淋巴瘤、套细胞淋巴瘤、滤泡性淋巴瘤和多发性骨髓瘤方面已显示出显著疗效1,2,3,4,5,6,7,从而推动了近期美国食品药品监督管理局(FDA)的批准。尽管临床试验初期取得成功,但CAR-T细胞治疗仍可引发毒性反应,这些反应通常较为严重,偶有致死情况。CAR-T细胞治疗后最常见的毒性反应包括细胞因子释放综合征(CRS)和神经系统毒性(NI),后者也被称为免疫效应细胞相关神经毒性综合征(ICANS)。8,9CRS 是由于 CAR-T 细胞的过度活化和大量扩增所致 体内,进而导致多种炎症性细胞因子的分泌,包括干扰素-γ、肿瘤坏死因子-α、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)和白细胞介素-6(IL-6)。这可引起低血压、高热、毛细血管渗漏综合征、呼吸衰竭、多器官功能衰竭,严重时可导致死亡。10,11在CAR-T19细胞治疗后,50-100%的病例会发展为CRS11,12,13ICANS 是与 CART 细胞治疗相关的另一种独特不良事件,其特征为全身性脑水肿、意识模糊、嗜睡、失语、运动无力,偶尔还可出现癫痫发作。9,14. 任何级别的ICANS在高达70%的患者中发生,3-4级ICANS在20-30%的患者中出现5,10,15,16总体而言,CRS 和 ICANS 较为常见,且可能致命。
CAR-T细胞治疗后对ICANS的管理具有挑战性。大多数ICANS患者同时会出现CRS17,通常可使用IL-6受体拮抗剂托珠单抗或类固醇进行治疗18。既往有研究报告指出,早期使用托珠单抗干预可降低重度CRS的发生率,但对ICANS的发生率或严重程度并无影响19。目前尚无针对ICANS的有效治疗或预防药物,因此研究预防策略至关重要20。
髓系细胞及其相关的细胞因子/趋化因子被认为是 CRS 和 ICANS 发生发展的主要驱动因素21。尽管 CRS 与细胞因子的极度升高及 T 细胞扩增直接相关,ICANS 的病理生理机制在很大程度上仍不清楚22,23。因此,建立一种在 CAR-T 细胞治疗后能够重现这些毒性的小鼠模型,对于研究其发生机制并开发预防策略至关重要。
目前有多种临床前动物模型可用于研究、优化和验证CAR-T细胞的疗效,以及监测其相关毒性。这些模型包括同源性模型、异种移植模型、免疫活性转基因模型、人源化转基因模型和患者来源的异种移植小鼠模型,此外还有灵长类动物模型。然而,每种模型均存在局限性,部分模型无法真实反映CAR-T细胞的实际疗效或安全性问题24,25。因此,必须根据研究的预期目标谨慎选择最合适的模型。
本文旨在描述利用急性淋巴细胞白血病(ALL)患者来源的异种移植瘤(PDX)模型评估嵌合抗原受体T细胞(CART细胞)相关毒性,即细胞因子释放综合征(CRS)和神经毒性(NI)的方法学。 体内 模型(图1)。具体而言,本文所述方法中使用了作者实验室按照先前已发表方案制备的CART19细胞。简言之,人T细胞自健康供体外周血单个核细胞(PBMCs)中分离获得 通过 采用密度梯度法分离细胞,在第0天用CD3/CD28磁珠刺激,并于第1天通过慢病毒转导导入CAR基因,该CAR由靶向CD19的单链可变区片段与4-1BB和CD3ζ信号结构域融合而成。随后扩增CAR-T细胞,于第6天去除磁珠,并于第8天进行冻存。26,27,28,29,30如前所述,小鼠接受淋巴清除治疗,随后给予患者来源的白血病母细胞(ALL)。28首先,验证肿瘤是否成功移植 通过 下颌下采血。在建立适当的肿瘤负荷后,将CART19细胞给予小鼠。随后每日称量小鼠体重以评估其健康状况。通过小动物磁共振成像(MRI)评估神经毒性(NI),同时采集尾静脉血以评估T细胞扩增及细胞因子/趋化因子的产生。以下所述技术强烈推荐作为在PDX模型中研究CART细胞相关毒性的模型方法。
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本方案遵循梅奥诊所机构审查委员会(IRB)、机构动物护理和使用委员会(IACUC A00001767)以及机构生物安全委员会(IBC, Bios00000006.04)的指南。
注意:所有用于小鼠操作的材料必须是无菌的。
1. 向NSG小鼠注射白消安
2. 注射ALL患者来源的原始细胞(CD19+) 到NSG小鼠
注意:本方案遵循梅奥诊所机构生物安全委员会(IBC,Bios00000006.04)的指导方针。
3. 肿瘤移植效果评估
4. CART19 细胞的给药 体内
CART19 细胞相关毒性的评估
6. MRI 成像
注意:使用了一台用于小型动物的临床前垂直孔径磁体 MRI 扫描仪 体内 磁共振与图像采集32,33.
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本方案旨在利用来自急性淋巴细胞白血病(ALL)患者肿瘤细胞的PDX小鼠模型,评估CART细胞相关毒性。图1首先,NSG小鼠通过腹腔注射白消安(30 mg/kg),旨在实现免疫抑制,促进CART细胞的植入。28第二天,他们接受了约 5 × 106 来自白血病(ALL)患者的外周血单个核细胞(PBMCs,静脉注射)。小鼠移植情况监测约13周。 通过 尾部出血实验。收集红细胞并进行裂解,随后制备流式细胞术样品以检测CD19的表达水平+ 肿瘤细胞(图2).
当小鼠达到≥10个肿瘤细胞/µL,他们被随机分组并准备接受 4 × 106 CART19 细胞(静脉注射)。为评估 CART19 相关毒性,小鼠每日称重一次(图3A)。选择体重减轻作为CRS出现的症状,因为先前研究已表明其与CAR...
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在本报告中,描述了一种利用急性淋巴细胞白血病PDX模型评估CAR-T细胞相关毒性的方法。更具体而言,该模型旨在模拟患者在输注CAR-T细胞后常出现的两种危及生命的毒性反应:细胞因子释放综合征(CRS)和神经毒性(NI)。该模型再现了临床中观察到的CAR-T细胞毒性的多种特征:体重减轻、运动功能障碍、神经炎症、炎症性细胞因子和趋化因子的产生,以及不同效应细胞向中枢神经系统的浸润8,20,28此前,该PDX模型已被用于模拟CRS和NI的初始发生过程(表1并评估不同的毒性预防和治疗方法。一项在此PDX模型中开展的研究利用了耗竭GM-CSF的CART19细胞。更具体而言,这些结果表明,GM-CSF的耗竭可减少与细胞因子释放综合征(CRS)相关的细胞因子和趋化因子的分泌,这一点在该急性淋巴细胞白血病(ALL)PDX小鼠模型中得到了明确验证。29该PDX模型还已成功用于评估CAR-T...
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S.S.K. 是CAR免疫疗法领域多项专利的发明人,这些专利已授权给诺华公司(通过梅奥诊所、宾夕法尼亚大学与诺华之间的协议)以及Mettaforge公司(通过梅奥诊所)。R.L.S. 和 S.S.K. 是CAR免疫疗法领域多项专利的共同发明人,这些专利已授权给人源化抗体公司(Humanigen)。S.S.K. 接收来自Kite、Gilead、Juno、Celgene、Novartis、Humanigen、MorphoSys、Tolero、Sunesis、Leahlabs和Lentigen的研究资助。
本工作部分得到了美国国立卫生研究院(R37CA266344、1K99CA273304)、美国国防部(CA201127)、梅奥诊所K2R项目(S.S.K.)、梅奥诊所个体化医学中心(S.S.K.)以及Predolin基金会(R.L.S.)的支持。此外,我们感谢梅奥诊所核磁共振核心设施工作人员的帮助。图1使用BioRender.com制作
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| APC 抗人 CD19 | Biolegend | 302211 | |
| 酒精消毒片 | Wecol | 6818 | |
| Analyze 14.0 软件 | AnalyzeDirect Inc. | N/A | https://analyzedirect.com/analyze14/ |
| 人工泪液(矿物油和凡士林) | Akorn | 17478-062-35 | 用于预防眼部干燥的局部眼用凝胶 |
| BD FACS 溶血溶液 | BD | 349202 | 红细胞裂解缓冲液 |
| BD Micro-Fin IV 胰岛素注射器 | BD | 329461 | |
| Brilliant Violet 421 抗人 CD45 | Biolegend | 304032 | |
| Bruker Avance II 7 特斯拉 | Bruker Biospin | N/A | MRI 设备 |
| 白消安(NSC-750) | Selleckchem | S1692 | |
| CountBright 绝对计数微球 | Invitrogen | C36950 | |
| CytoFLEX 系统 B4-R2-V2 | Beckman Coulter | C10343 | 流式细胞仪 |
| 杜氏磷酸盐缓冲液 | Gibco | 14190-144 | |
| ERT 控制/门控模块 | SA Instruments | Model 1030 | 小动物呼吸监测与门控系统 |
| 胎牛血清 | Millipore Sigma | F8067 | |
| 血细胞计数板 | Bright-Line | Z359629-1EA | |
| 人 AB 型血清;男性供体;AB 型;美国来源 | Corning | 35-060-CI | |
| 异氟烷(液体) | Sigma-Aldrich | 792632 | |
| LIVE/DEAD 可固定 Aqua 死细胞染色试剂盒(适用于 405 nm 激发) | Invitrogen | L34966 | |
| Microvette 500 锂肝素采血管 | Sarstedt | 20.1345.100 | 血液采集管 |
| MILLIPLEX 人细胞因子/趋化因子磁珠检测面板 | Millipore Sigma | HCYTMAG-60K-PX38 | 免疫学多重检测,用于鉴定细胞因子和趋化因子 |
| Omniscan | GE Healthcare Inc. | 0407-0690-10 | 基于钆的对比剂 |
| Pd 抗小鼠 CD45 | Biolegend | 103106 | |
| 青霉素-链霉素-谷氨酰胺(100 倍浓度),液体 | Gibco | 10378-016 | |
| 圆底聚苯乙烯试管 | Corning | 352008 | |
| 叠氮化钠,5% (w/v) | Ricca Chemical | 7144.8-16 | |
| 不锈钢外科手术刀片 | Bard-Parker | 371215 | |
| X-VIVO 15 无血清造血细胞培养基 | Lonza | 04-418Q |
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An erratum was issued for: Assessment of Chimeric Antigen Receptor T Cell-Associated Toxicities Using an Acute Lymphoblastic Leukemia Patient-derived Xenograft Mouse Model. The Authors section was updated from:
Claudia Manriquez Roman1,2,3,4,5
R. Leo Sakemura1,2
Fang Jin6
Roman H. Khadka6
Mohamad M. Adada1,2
Elizabeth L. Siegler1,2
Aaron J. Johnson6
Saad S. Kenderian1,2,6
1T Cell Engineering Laboratory, Mayo Clinic, Rochester,
2Division of Hematology, Mayo Clinic, Rochester,
3Mayo Clinic Graduate School of Biomedical Sciences, Mayo Clinic, Rochester,
4Department of Molecular Medicine, Mayo Clinic, Rochester,
5Regenerative Sciences PhD Program, Mayo Clinic, Rochester,
6Department of Immunology, Mayo Clinic, Rochester
to:
Claudia Manriquez Roman1,2,3,4,5
R. Leo Sakemura1,2
Brooke L. Kimball1,2
Fang Jin6
Roman H. Khadka6
Mohamad M. Adada1,2
Elizabeth L. Siegler1,2
Aaron J. Johnson6
Saad S. Kenderian1,2,6
1T Cell Engineering Laboratory, Mayo Clinic, Rochester,
2Division of Hematology, Mayo Clinic, Rochester,
3Mayo Clinic Graduate School of Biomedical Sciences, Mayo Clinic, Rochester,
4Department of Molecular Medicine, Mayo Clinic, Rochester,
5Regenerative Sciences PhD Program, Mayo Clinic, Rochester,
6Department of Immunology, Mayo Clinic, Rochester