本方案建立了一种 体外 利用患者来源的肿瘤类器官与嵌合抗原受体T细胞(CAR-T细胞)共培养模型评估CAR-T细胞对实体瘤细胞的特异性细胞毒活性。
本方案建立了一种 体外 利用患者来源的肿瘤类器官与嵌合抗原受体T细胞(CAR-T细胞)共培养模型评估CAR-T细胞对实体瘤细胞的特异性细胞毒活性。
嵌合抗原受体T(CAR-T)细胞疗法在血液系统恶性肿瘤中已取得令人瞩目的临床疗效,但针对实体瘤的CAR-T细胞疗法仍需进一步开发。患者来源的肿瘤类器官是 体外 保留患者异质性的疾病模型,已被用于评估化疗药物和靶向药物的有效性与安全性。该方法描述了一种 体外 CAR-T细胞与肿瘤类器官共培养的药效测试模型。将来自患者的结直肠癌样本在基底膜基质中构建为具有三维(3D)结构的肿瘤类器官。肿瘤类器官可稳定生长并连续传代。通过洗涤和离心将成熟的肿瘤类器官从基质中分离,按不同的效应细胞与靶细胞(E:T)比例加入CAR-T细胞,建立免疫类器官共培养体系。共培养6–24小时后,通过明场成像观察类器官的形态及细胞间结构。本实验进一步在共培养体系中进行死细胞染色,以反映类器官的存活状态,评估CAR-T细胞对肿瘤类器官的细胞毒性作用。该实验可有效观察CAR-T细胞与3D肿瘤类器官之间的相互作用,实验结果可用于评价CAR-T细胞的肿瘤杀伤活性。
嵌合抗原受体T(CAR-T)细胞疗法在治疗血液系统恶性肿瘤方面已显示出显著的临床疗效1。然而,由于存在多个主要障碍,其在实体瘤中的应用仍受到限制,这些障碍包括肿瘤异质性和抗原丢失、肿瘤组织内部的物理和化学屏障,以及免疫抑制性的肿瘤微环境2,3。这些挑战导致CAR-T细胞疗法在实体瘤治疗中的疗效有限。
体外评估CAR-T细胞的疗效是临床前研发过程中的关键步骤。最常用的模型是肿瘤细胞系,这些细胞系可能表达特定的肿瘤相关抗原,或经基因工程改造携带报告基因(如荧光素酶)4,5。因此,基于传统细胞系的检测结果往往难以预测临床疗效。患者来源的肿瘤模型为更准确地评估CAR-T细胞在实体瘤背景下的功能提供了有前景的替代方案。
尽管已有若干研究开始利用患者来源的肿瘤类器官(PDTO)进行CAR-T细胞评估,但在建立标准化、稳健且可及的共培养方案方面仍存在挑战,这些方案需有效平衡3D肿瘤结构的维持与免疫细胞-肿瘤细胞间的高效相互作用。患者来源的肿瘤类器官(PDTO)是由患者肿瘤组织或细胞建立的三维(3D)ex vivo疾病模型。PDTO已成功应用于多种肿瘤类型,包括结直肠癌、乳腺癌、胰腺癌和肺癌。这些结构保留了原始肿瘤的组织学结构、分子特征及功能异质性6。与原代肿瘤细胞和患者来源的异种移植模型(PDX)一起,PDTO代表了一种用于模拟患者特异性疾病特征的重要平台7。与传统的肿瘤细胞系或原代培养相比,PDTO更真实地再现了in vivo肿瘤微环境 ,表现出复杂的细胞组成和结构组织8。此外,PDTO在长期传代过程中保持基因组稳定性并保留基因表达模式,从而能够更准确地评估治疗反应9,10。PDTO已被成功应用于肿瘤生物学研究、药物筛选和精准医学,并因其在免疫治疗测试中的潜力而日益受到重视,包括用于发现新的CAR靶点、优化CAR设计以及评估细胞毒性6,11,12,13。类器官培养的一个常见局限性是其依赖细胞外基质(ECM)成分(如Matrigel,下文简称基底膜基质[BMM])来维持3D结构,这可能阻碍共培养实验中免疫细胞的浸润。为确保共培养过程中的一致性和最佳细胞相互作用,通常选择处于特定尺寸范围(例如直径100–200 µm)内的类器官。
本方案描述了一种利用结直肠癌来源的患者来源类器官(PDTOs)评估CAR-T细胞毒性的共培养平台。患者肿瘤组织经酶解消化后,在BMM培养基中培养以生成三维类器官。待类器官成熟并扩增后,分离大小均一的类器官并进行荧光标记。 将PDTOs以不同的效应细胞与靶细胞(E:T)比例接种于多孔板中,并与CAR-T细胞共培养。该方法的一个关键特征是在共培养前有意识地将PDTOs从BMM中移除,从而在维持其三维结构完整性的悬浮状态下,使CAR-T细胞能够直接且无阻碍地接触肿瘤类器官。24小时后,明场显微镜观察显示PDTOs出现进行性解体,表现为三维形态破坏、肿瘤细胞皱缩以及活力丧失。活细胞成像和荧光显微镜进一步可视化了荧光标记的CAR-T细胞与肿瘤靶细胞之间的相互作用。通过定量细胞死亡检测评估细胞毒性。这种基于类器官的免疫共培养体系为评估CAR-T细胞的抗肿瘤疗效提供了一个稳健且患者特异性的平台 离体,从而实现治疗方案的优化并支持临床转化。
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使用结直肠癌患者来源的类器官。肿瘤组织碎片取自未经治疗且经组织学确诊为原发性结直肠腺癌(CRC)的患者。所有组织均来自内镜活检标本 在深圳市前海蛇口自由贸易区医院的标准诊断过程中收集。所有供体组织均经机构病理学家通过组织病理学检查确认为结直肠癌(CRC)。本方案遵循机构指导原则。已获得书面知情同意 所有患者均签署了知情同意书。本研究已获得深圳前海蛇口自贸区医院伦理委员会批准(2024KY-009-01K)。
1. PDTO 培养
2. PDTO 的构建
3. PDTO 的传代
4. CAR-T 细胞与 PDTO 的共培养
5. 死细胞染色
6. 图像采集
7. 数据分析
8. CAR-T 细胞的制备与表征
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结直肠癌类器官成功地从内镜活检样本中建立(图1),其肿瘤特性经病理学诊断确认(图2)。肿瘤组织碎片在BMM培养基中培养后24小时内开始形成三维结构。第一代类器官(P0)在培养第7至14天之间进行传代。类器官表现出多种形态,包括球形、囊状和环形结构(图2A)。
采用荧光成像系统监测PDTOs与CAR-T细胞在24小时共培养期间的相互作用。肿瘤类器官用Hoechst 33342标记,CAR-T细胞表达mCherry。荧光显微镜观察显示,在6小时时,CAR-T细胞均匀分布在孔板底部;到24小时时,CAR-T细胞开始在肿瘤类器官周围聚集(图3)。
为评估CAR-T细胞密度对细胞毒性的效应,测试了三种不同剂量的效应细胞(1 × 105、2 × 105 和 4...
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本文介绍了一种评估CAR-T细胞对PDTOs细胞毒性的方法,结合明场成像与荧光染色技术来检测类器官的存活状态。这种双模态方法能够在三维模型系统中有效可视化肿瘤细胞的死亡,并对CAR-T细胞的细胞毒性提供半定量评估。
该方案的一个关键组分是培养基。由于CAR-T细胞和肿瘤类器官具有不同的营养需求,首先评估了CAR-T细胞与类器官培养基的兼容性。与标准T细胞培养基相比,CAR-T细胞在类器官培养基中维持了更佳的存活率和增殖能力(补充 图1)。相反,类器官在T细胞培养基中迅速丧失存活率和结构完整性。因此,选择类器官培养基作为共培养的基础,并添加IL-2和β-巯基乙醇以促进T细胞活化。这些添加物常用于增强T细胞的增殖和功能。
维持三维肿瘤类器官结构的完整性对于准确模拟肿瘤微环境至关重要。然而,用于类器官包埋的基质凝胶可能抑制CAR-T细胞的迁移,从而限制其与肿瘤细胞的接触。在CAR-NK-92共培养模型中也已有类似报道,其中免疫细胞无法浸润凝胶基质16
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作者声明无利益冲突。
本工作得到中国国家重点研发计划(2022YFC2304400,2022YFC2304401)、南山区医疗卫生科技项目(NSZD2024046,NS2024105)和深圳市医学研究基金(D2401023)的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 15 mL 离心管 | SAINING | 3030100 | |
| 24 孔板 | CORNING | 3524 | |
| 50 mL 离心管 | SAINING | 3030000 | |
| 96 孔板 | CORNING | 3599 | |
| Advanced DMEM/F12 培养基 | Gibco | C11330500BT | |
| Alk 4/5/7 抑制剂 | MCE | HY-10432 | |
| B27 添加剂 | Gibco | 17504044 | |
| 生物安全柜(II 级) | Thermo Fisher | N/A | |
| 牛血清白蛋白 | Sigma Aldrich | A9056 | |
| 细胞培养皿 | BIOFIL | TCD010060 | |
| 离心机 | Eppendorf | 5810R | |
| Click's 培养基 | FUJI FILM | 9195 | |
| CO₂ 培养箱 | Yamata | IP610 | |
| 胶原酶 II | Solarbio | C8150 | |
| 胶原酶 IV | Sigma Aldrich | C9407 | |
| 共聚焦激光显微镜 | Zeiss | LSM900 | |
| 冷冻保存液 | ZENOAQ | CELLBANKERTM2 | |
| 消化缓冲液 | 实验室自制试剂 | N/A | 组分详见文稿 |
| 数字振荡器 | MIULAB | HS-25 | |
| Dispase II 型酶 | Sigma-aldrich | D4693 | |
| DMEM 培养基 | Gibco | C11995500BT | |
| Dynabeads 人 T 细胞激活剂 CD3/CD28 | Thermo Fisher | 11131D | |
| EGF | PeproTech | AF-100-15-500UG | |
| 胎牛血清 | Gibco | 1631389 | |
| 胃泌素 | GlpBio | GA20228 | |
| 庆大霉素/两性霉素 B | Gibco | R0151 | |
| Glutamax | Gibco | 35050061 | |
| Hanks 平衡盐溶液 | Gibco | C14175500BT | |
| HEPES | Gibco | 15630080 | |
| Hoechst 33342 | Beyotime | C1027 | |
| 透明质酸酶 | Solarbio | h8030 | |
| IL-15 | Peprotech | 200-15-10UG | |
| IL-2 | Novoprotein | CK24-10 | |
| IL-7 | Peprotech | 200-07-10UG | |
| ImageJ | NIH(开源软件) | https://imagej.nih.gov/ij/ | |
| 倒置 荧光显微镜 | Mshot | MF52-N | |
| Matrigel | Corning | 356231 | |
| N2 添加剂 | Gibco | 17502048 | |
| N-乙酰半胱氨酸 | Sigma Aldrich | A7250-5G | |
| 烟酰胺 | Sigma Aldrich | N0636-100G | |
| Noggin | PeproTech | 120-10C-20 | |
| Normocin | InvivoGen | ant-nr-1 | |
| 类器官培养基 | 实验室自制试剂 | N/A | 组分详见文稿 |
| p38 抑制剂 | MCE | HY-10295 | |
| 青霉素-链霉素 | Gibco | 15140122 | |
| 前列腺素 E2 | MCE | HY-101952 | |
| Rho 相关激酶抑制剂 | Stem cell | 72304 | |
| RPMI 1640 培养基 | HyClone | SH30809.01B | |
| R-spondin 1 | PeproTech | 120-38-20UG | |
| S1 移液器吸头 | Thermo Scientific | 9501 | |
| 血清移液管 | BIOFIL | GSP-010-050 | |
| 单通道移液器 | Eppendorf | 3123000063 | |
| 单通道移液器 | Eppendorf | 3123000055 | |
| 单通道移液器 | Eppendorf | 3123000098 | |
| 单通道移液器 | Eppendorf | 3123000022 | |
| 无菌一次性手术刀 | Tech-S | SSD10 | |
| SYTOX Green | Beyotime | C1181S | |
| TexMACS 培养基 | Miltenyi Biotec | 130-097-196 | |
| 恒温水浴箱 | Bluepard | BWS-10 | |
| 台盼蓝 | Phygene | PH0519 | |
| TrypLE Express | Gibco | 12605028 | |
| β-巯基乙醇 | Gibco | 21985023 | |
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