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Utilizzando il protocollo descritto, abbiamo sfidato singoli leccini CAR T simulati nucleofetti, CAR e c-Jun sovraespressi con cellule tumorali K562 della Figura 3 antigene-negative o antigene-positive, o lasciandole non stimolate (solo cellule T). Le cellule target sono state valutate per la loro espressione omogenea dell'antigene come prerequisito per risultati riproducibili (Figura supplementare 3). Grazie al loro isolamento in nanopens singoli, siamo riusciti a caratterizzare i profili di espressione delle citochine di queste cellule come produttori singoli, doppi o tripli, a seconda della condizione testata (Figura 3). Questi risultati sono stati verificati utilizzando ELISA come metodo consolidato per la rilevazione delle citochine (Figura Supplementare 4).
Come previsto, la maggior parte delle cellule T mock-nucleofettate è rimasta negativa per tutte e tre le citochine misurate (TNF-α, IFN-γ e IL-2). Tra le cellule CAR T standard, i produttori di citochine IFN-γ doppie, triple e singole positive, così come piccole frazioni di cellule secretore di TNF-α e IL-2, sono stati rilevati al momento della sfida antigenica, mentre l'esposizione a cellule tumorali antigeni-negative non ha indotto la secrezione multicellulare di citochine. Curiosamente, la sovraespressione di c-Jun ha aumentato la proporzione di produttori di doppia e tripla citochine, così come di cellule secernenti singole citochine, al contatto con il bersaglio, riducendo così la frazione complessiva di cellule cytochine-negative rispetto alle cellule T CAR standard. Questi risultati sono coerenti con rapporti precedenti che descrivevano la modulazione fenotipica delle cellule T CAR tramite l'espressione forzata di questo fattore di trascrizione6. In particolare, abbiamo osservato una proporzione maggiore di cellule IFN-γ-positive nel gruppo solo di cellule T rispetto al gruppo delle cellule tumorali antigene-negative, il che potrebbe essere dovuto al minor numero di cellule analizzate in quella condizione.
Per approfondire l'attivazione delle cellule T, abbiamo valutato l'espressione di CD137 nelle singole cellule CAR CAR sovraespresse con nucleofettaggio simulato, CAR e c-Jun trattate come descritto sopra (Figura 4 e Tabella Supplementare 1). La sfida delle cellule CAR T con cellule bersaglio K562 che esprimono antigeni ha portato a un aumento dell'espressione di CD137 rispetto alle cellule mock-nucleofettate. Inoltre, abbiamo osservato una tendenza verso una frazione leggermente più alta di cellule CD137 positive tra le cellule CAR sovraespressive rispetto al prodotto CAR standard.
In conclusione, il protocollo descritto ha permesso la valutazione della secrezione e dell'attivazione delle citochine e dell'attivazione delle cellule CAR T a livello di singola cellula, consentendo l'identificazione dei produttori di citochine singole e multicellulari e la ripresa delle tendenze fenotipiche precedentemente descritte al livellodi massa 6.

Figura 1: Flusso di lavoro schematico per la profilazione multimodale tramite una piattaforma optofluidica. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Immagini rappresentative delle diverse caratteristiche della piattaforma optofluidica. (A) Importare la sequenza di singole particelle in singole penne tramite OEP. Le penne nella parte sinistra delle immagini sono state caricate nella sequenza precedente. (B) Eventi di morte in tre singoli pennini nel tempo, mostrando cellule tumorali che esprimono antigeni con GFP. (C) Esportazione di una singola cella da una penna tramite OEP. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Analisi rappresentativa dei profili di secrezione delle citochine a livello di singola cellula. Singole cellule T mock-nucleofettate o CAR-T sono state coltivate in presenza o in assenza di cellule tumorali K562 antigene-negative o antigene-positive all'interno di nanopen contenenti sfere di cattura di citochine per TNF-α, IL-2 e IFN-γ. I grafici a torta mostrano le proporzioni di cellule CAR-T pennate singolarmente analizzate con il profilo di secrezione di citochine indicato dopo 24 ore di co-coltura (analisi degli endpoint). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Analisi rappresentativa dell'espressione di CD137 a livello di singola cellula. Singoli mock-nucleofettati o CAR-T sono stati colorati per l'espressione superficiale CD137 sul chip optofluidico, 24 ore dopo la coltura in presenza o assenza di cellule tumorali K562 antigene-negative o antigene-positive. I grafici violino mostrano l'intensità di fluorescenza dell'espressione di CD137 su cellule T mock-nucleofettate e cellule CAR-T dopo 24 ore di coltura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Componenti del mezzo a cellule T (Filtrati sterili utilizzando unità di filtro a vuoto 0,22μM) | Volume (concentrazione finale) |
| RPMI-1640 (1x GlutaMAX, 25mM HEPES) | 500 mL |
| Penicillina/Streptomicina (10.000 U/mL) | 5 mL (90 U/mL) |
| β-Mercaptoetanolo (50mM) | 0,5 mL (45μM) |
| Siero umano (inattivato dal calore) | 50 mL (9%) |
| Integratore GlutaMAX (100 volte) | 5mL (0,9x) |
| Componenti del mezzo cellulare tumorale | Volume (concentrazione finale) |
| RPMI-1640 (1x GlutaMAX, 25mM HEPES) | 500 mL |
| Penicillina/Streptomicina (10.000 U/mL) | 5 mL (90 U/mL) |
| Siero per vitelli fetali (inattivazione al calore) | 50 mL (9%) |
| Componenti buffer MACS | Volume (concentrazione finale) |
| DPBS (Mg2+-libero, Ca2+-libero) | 500 mL |
| Siero per vitelli fetali (inattivazione al calore) | 2,5 mL (0,5 %) |
| EDTA (0,5 M) | 2 mL (2 mM) |
| Componenti buffer PBS/EDTA | Volume (concentrazione finale) |
| DPBS | 500 mL |
| EDTA (0,5 M) | 2 mL (2 mM) |
| Componenti del mezzo di carico | Volume (concentrazione finale) |
| Mezzo per cellule T | 18 mL |
| Reagente di carico | 2 mL |
| Componenti di caricamento Support+CaCl2 | Volume (concentrazione finale) |
| Caricamento dei mezzi | 499 μL |
| CaCl2 | 1,25 μL |
| Substrato di perfusione + substrato di caspasi | Volume (concentrazione finale) |
| Mezzo per cellule T | 20 mL |
| Substrato NucView 530 Caspase-3 (1 mM in DMSO) | 100 μL |
| Componenti del buffer a diluizione a sferone | Volume (concentrazione finale) |
| DPBS | 800 μL |
| BSA (2% fronte a favore) | 100 μL (0,2% w/v) |
| Preadolescente-20 (10% w/v) | 10 μL (0,1% p/v) |
Tabella 1: Preparazione dei media e dei cuscinettini.
Figura supplementare 1. Strategia esemplare di gating per valutare l'efficienza del trasferimento genico prima dell'arricchimento magnetico. Diagrammi esemplari di contorno e istogramma mostrano la strategia di gating per identificare le cellule CAR CAR (tEGFR-positive) dopo il trasferimento genico. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura supplementare 2. Controllo della purezza dopo lo smistamento. Diagrammi di contorno esemplari rappresentano una frazione delle cellule CAR CAR espresse (tEGFR-positive) dopo l'esecuzione di un ordinamento magnetico. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura supplementare 3. Espressione di antigene sulle cellule tumorali bersaglio. Grafici istografici rappresentativi mostrano cellule tumorali WT K562 o ingegnerizzati per esprimere ROR1 colorati con anticorpi isotipo o miranti ROR1 tramite citometria di flusso. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura supplementare 4. Rilevamento delle citochine tramite ELISA standard. Concentrazioni di IL-2 e IFN-γ nel sovrantante dopo 24 ore di co-coltura con cellule tumoraliK562 ROR1 a E:T di 4:1 misurate tramite ELISA per cellule CAR vs CAR+cJ T. Significatività statistica determinata dal test t non accoppiato con *P≤ 0,05, **P≤ 0,01, ***P≤ 0,001, ****P≤ 0,0001. Clicca qui per scaricare questo file.
Tabella supplementare 1: Cellule analizzate. La tabella indica il numero di singole cellule analizzate per condizione. Clicca qui per scaricare questo file.