Dopo la trasduzione, le cellule T sono state analizzate per l'espressione di CAR mediante citometria a flusso utilizzando anticorpi anti-CD3 e anti-NGFR. La popolazione di cellule T CAR è stata successivamente arricchita utilizzando biglie magnetiche anti-NGFR, ottenendo una purezza di oltre il 98% per entrambi i donatori (Figura 1A-B). Sono stati inoltre quantificati il rapporto CD4/CD8 e il fenotipo di memoria delle cellule CAR selezionate utilizzate, utilizzando una strategia di gate standard che utilizza gli anticorpi CCR7 e CD45RA. Questi dati mostrano che il rapporto CD4/CD8 delle cellule CAR T utilizzate era di 0,73 e che le cellule erano principalmente di fenotipo di memoria naive (Figura 1C-E).
Le cellule CAR T e le cellule JeKo-1 sono state colorate rispettivamente con coloranti viola e rosso lontano e incapsulate in goccioline DE50 insieme ai reagenti del saggio Substrato GzmB e PI (Figura 2). In alternativa, le cellule T CAR possono anche essere marcate utilizzando anticorpi come anti-CD4 o anti-CD8 (Figura 3), consentendo una caratterizzazione più dettagliata delle cellule T. Ogni sospensione di cellule T (CAR, T o NTD) è stata miscelata con una sospensione di cellule JeKo-1 immediatamente prima dell'incapsulamento in un rapporto effettore: cellule bersaglio di 1:3 (0,5 x 106 cellule T e 1,5 x 106 JeKo-1). Dopo l'incapsulamento, ogni produzione di goccioline (cellule T CAR + JeKo-1 e NTD + JeKo-1) è stata divisa in tre provette di incubazione per 2 ore, 4 ore e 6 ore di incubazione, rispettivamente. Le cellule sono state incubate all'interno delle goccioline a 37 °C in CO2 al 5% e poi analizzate al microscopio e citometria a flusso nei punti temporali indicati.
Abbiamo eseguito la microscopia a fluorescenza di goccioline a doppia emulsione dopo 4 ore di incubazione (Figura 4). L'intensità del segnale di fluorescenza verde (FITC) illustra il livello di attività GzmB secreta delle cellule CAR T o NTD all'interno delle goccioline DE50. La Figura 4B presenta le immagini al microscopio a contrasto di fase e a fluorescenza di una singola gocciolina GzmB-positiva contenente una cellula T CAR e una cellula bersaglio JeKo-1 a stretto contatto.
Successivamente, le goccioline di DE50 sono state analizzate mediante citometria a flusso per quantificare la percentuale di cellule CAR T con secrezione precoce di GzmB e attività citotossica di uccisione delle cellule (Figura 5). La colorazione pre-incubazione delle cellule bersaglio di JeKo-1 con un colorante rosso lontano e delle cellule T effettrici con un colorante viola prima dell'incapsulamento ha facilitato l'identificazione di tre distinte popolazioni di goccioline contenenti cellule, poiché le cellule sono distribuite in goccioline in base alla distribuzione di Poisson. Le popolazioni di goccioline identificate sono goccioline con solo cellule T, solo cellule JeKo-1 e cellule T e cellule JeKo-1 insieme (Figura 5A). Le goccioline che co-incapsulano le cellule T con le cellule JeKo-1 sono state gated e analizzate per i segnali che indicano l'attività di GzmB (Figura 5B) e la morte cellulare, come indicato da PI (Figura 5C).
L'incapsulamento delle cellule in goccioline segue la distribuzione di Poisson e si ottengono quattro diverse popolazioni di goccioline (Figura 6A). La Figura 6B mostra il livello di goccioline positive al GzmB all'interno di tutte le popolazioni di goccioline dopo 6 ore di incubazione delle goccioline, da cui è possibile determinare la percentuale di cellule T spontanee secernenti GzmB. Questi dati indicano l'elevata specificità del metodo, poiché solo le cellule T CAR secernono GzmB.
Infine, abbiamo quantificato i livelli di GzmB e PI in punti temporali, dopo 2 ore, 4 ore e 6 ore di co-incubazione. Per riferimento, le goccioline contenenti solo cellule T e solo cellule JeKo-1 sono state analizzate per esaminare la morte cellulare di fondo in ciascuna popolazione (Figura 6C). La morte cellulare di fondo è stata utilizzata per determinare la percentuale di cellule T vive che secernono GzmB e che uccidono le cellule bersaglio nella popolazione di cellule effettrici (Figura 7), come descritto nel passaggio 3.3. Le cellule T CAR di due donatori hanno mostrato un aumento dipendente dal tempo sia della secrezione di GzmB indotta dalle cellule bersaglio che dell'attività di uccisione cellulare. Quasi il 36% delle cellule CAR T vive del donatore 1 e il 31% del donatore 2 avevano secreto GzmB dopo 6 ore di co-incapsulamento con la cellula bersaglio, un aumento significativo rispetto alle cellule T di controllo NTD (Figura 7A). Di conseguenza, circa il 21% delle cellule CAR T del donatore 1 e il 22% delle cellule CAR T del donatore 2 avevano ucciso le cellule bersaglio, come indicato da un segnale PI positivo (Figura 7B). La percentuale di cellule CAR T che avevano secreto GzmB superava la percentuale di cellule bersaglio uccise in ogni momento, coerentemente con la sequenza attesa di eventi nella citotossicità mediata da GzmB. Nel loro insieme, questi dati mostrano che il metodo qui presentato consente la caratterizzazione dell'eterogeneità della citotossicità delle singole cellule T all'interno di una popolazione di cellule, nonché il confronto tra diverse popolazioni.

Figura 1: Grafici rappresentativi della citometria a flusso dopo lo smistamento dell'NGFR. (A) Dopo circa 10 giorni di espansione, le cellule T CAR sono state selezionate utilizzando microsfere specifiche per NGFR e smistamento magnetico, ottenendo una popolazione di cellule T CAR composta per il >98% da cellule T CAR. (B) Quantificazione delle cellule T CAR da due donatori utilizzate in questo studio prima e dopo lo smistamento. (C) Strategia di gating utilizzata per esaminare il rapporto CD4/CD8 e il fenotipo di memoria delle cellule T. (D) Quantificazione dei cellule CD4 e CD8 delle cellule T utilizzate. (E) Quantificazione del fenotipo di memoria delle cellule T utilizzate. Abbreviazione: CM = memoria centrale, EM = memoria effettrice, NTD = non trasdotta, TEMRA = cellule effettrici terminalmente differenziate. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Flusso di lavoro per il saggio combinato di secrezione e citotossicità di GzmB con risoluzione di singole cellule in goccioline. Prima dell'incapsulamento nelle goccioline di DE, le cellule bersaglio e quelle effettrici vengono colorate separatamente utilizzando colorazioni di cellule viola e rosso lontano. Utilizzando il dispositivo microfluidico e la cartuccia di incapsulamento, le cellule effettrici vengono co-incapsulate con le cellule bersaglio in goccioline insieme al terreno cellulare, al PI e al substrato peptidico GzmB marcato con FAM. Il saggio e l'incubazione avvengono all'interno delle goccioline. L'attività secreta di GzmB è indicata dall'emissione di fluorescenza verde che si verifica dopo che GzmB ha scisso il substrato. La morte cellulare è indicata dal PI. Dopo l'incubazione, le goccioline di DE50 vengono analizzate mediante microscopia e/o citometria a flusso. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Analisi di PBMC incapsulate in goccioline pre-marcate con anticorpi anti-CD3, anti-CD4 e anti-CD8. (A) Immagini al microscopio di goccioline con PBMC incapsulate pre-marcate con anticorpi anti-CD3 (APC) e anti-CD4 (NIR). Barra di scala = 100 μm. (B) Come (A), ma con marcatura CD3 (FITC) e anti-CD8 (NIR). Barra di scala = 100 μm. (C) Analisi in citometria a flusso delle stesse goccioline. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Immagini al microscopio di goccioline con cellule effettrici e cellule bersaglio. Le immagini sono state scattate dopo 4 ore di incubazione in un incubatore cellulare umidificato standard a 37 °C, 5% di CO2 2 . (A) Goccioline da un campione con cellule NTD e JeKo-1 incapsulate (a sinistra) o cellule T CAR e cellule JeKo-1 (a destra) visualizzate mediante microscopia a fluorescenza utilizzando il canale FITC per rilevare goccioline positive al GzmB (verdi). Barra di scala = 500 μm. (B) Una singola goccia ripresa mediante contrasto di fase, FITC (GzmB), APC (cella JeKo-1) e DAPI (cellula CAR T). Barra di scala = 100 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Strategia di gating per l'analisi delle goccioline mediante citometria a flusso dopo l'incubazione. (A) Il gating è stato effettuato mediante dispersione diretta e laterale per identificare le goccioline, seguito dalla selezione del gate contenente le goccioline. Gli eventi al di fuori del cancello rappresentano goccioline di olio prodotte come sottoprodotto della produzione di goccioline a doppia emulsione. La successiva analisi della fluorescenza delle goccioline nei canali corrispondenti alle colorazioni cellulari applicate identifica quattro popolazioni di goccioline: goccioline contenenti sia cellule T che cellule JeKo-1 (quadrato rosso); goccioline con le sole cellule JeKo-1; goccioline con le sole cellule T; e goccioline vuote. (B) Istogrammi rappresentativi per il segnale GzmB in goccioline doppie positive attraverso punti temporali e tra cellule NTD e CAR T. (C) Istogrammi rappresentativi per il segnale PI in goccioline doppie positive attraverso punti temporali e tra NTD e cellule T CAR. Tutte le misurazioni delle goccioline vengono eseguite come misure di intensità e altezza (H). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Controllo interno e popolazioni di riferimento. (A) È stato selezionato ciascuno dei quattro quadranti della Figura 5A e in ciascuno di essi sono stati misurati GzmB e PI. Questo tipo di quantificazione consente di misurare e sottrarre i segnali di fondo prima di eseguire un'analisi finale dell'efficacia delle cellule T. (B) Grafico che mostra la frequenza delle goccioline positive al GzmB dopo 6 ore di incubazione per ciascuna delle quattro popolazioni di goccioline, esemplificato con i dati del campione CAR T del donatore 1. (C) La morte cellulare di fondo è stata determinata nelle popolazioni di goccioline di controllo solo JeKo-1 e solo cellule T in ogni punto temporale misurato, con i dati del donatore 1. La morte cellulare di fondo viene utilizzata per calcolare la frequenza delle cellule effettrici che secernono GzmB e uccidono le cellule vive mostrate nella Figura 7 e spiegate nel passaggio 3.3. Abbreviazioni: Pre = incapsulamento. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7: Quantificazione di cellule T in grado di secernere GzmB e uccidere le cellule JeKo-1 in goccioline doppiamente positive. Le goccioline doppie positive gated da due donatori sono state esaminate dopo 2 ore, 4 ore e 6 ore di co-incubazione in goccioline. (A) Frequenza delle cellule T bersaglio che secernono GzmB e confronto tra cellule T NTD e cellule T CAR. (B) Frequenza dell'incontro con le cellule T della cellula bersaglio che uccidono la cellula bersaglio co-incapsulata. Abbreviazioni: GzmB = granzima B, NTD = non trasdotdotto, PI = ioduro di propidio. * = valore P < 0,05, ** = valore P < 0,005, **** = valore P < 0,0001 con ANOVA bidirezionale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.