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Research Article
Howard W. Davidson1, Joseph Ray Cepeda2, Nitin S. Sekhar2, Junying Han2, Ling Gao3, Tomasz Sosinowski1, Li Zhang2
1Barbara Davis Center for Childhood Diabetes,University of Colorado Denver, 2Department of Medicine, Endocrinology, Diabetes & Metabolism,Baylor College of Medicine, 3Scientific Center,Shandong Provincial Hospital affiliated to Shandong University
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
本稿では、抗原特異的CD8 T細胞の生成のためのプロトコルと、インビトロおよびインビボで使用する機能性T細胞の数が多いことを目的としたインビトロでの増殖について説明する。
1型糖尿病(T1D)は、β細胞破壊およびインスリン産生の絶対喪失につながる細胞特異的自己免疫を特徴とする。自発的非肥満糖尿病(NOD)マウスモデルでは、インスリンが主な標的であり、これらの動物の遺伝子操作により単一のキーインスリンエピトープを除去することが疾患を予防する。従って、この病原性エピトープを有する専門抗原提示細胞(APC)の選択的排除は、望ましくないインスリン特異的自己免疫応答を阻害するアプローチであり、かつより大きな翻訳可能性を有する可能性が高い。
キメラ抗原受容体(CA)は、T細胞を疾患を引き起こす抗原を選択的に標的にするようにリダイレクトすることができます。この技術は、複数の癌を治療するために養子細胞療法に細胞工学を使用する最近の試みの基礎である。このプロトコルでは、少数のナイーブ細胞から始まる機能性抗原特異的CD8 CAR-T細胞の数が多く生成される最適化されたT細胞レトロウイルス(RV)伝達およびインビトロ拡張プロトコルについて説明する。以前は複数のCAR-T細胞プロトコルが記載されていたが、典型的には、トランスダクション後のトランスダクション効率および細胞生存率が比較的低い。対照的に、当社のプロトコルは最大90%のトランスダクション効率を提供し、生成された細胞は生体内で2週間以上生存し、単回注入後の疾患発症を著しく遅らせることができます。重要な手順を簡単に実行できるように、細胞の維持および伝達プロトコルの詳細な説明を提供します。一次細胞分離からCAR式までの手順全体は、14日以内に実行できます。一般的な方法は、標的が知られている任意のマウス疾患モデルに適用されてもよい。同様に、特定の用途(病原性ペプチド/MHCクラスII複合体を標的とする)は、主要複合体が同定された他の自己免疫疾患モデルに適用可能である。
望ましくないオフターゲット効果のリスクが減少する可能性が高いことを考えると、抗原特異的免疫療法(ASI)はT1Dなどの自己免疫疾患に対する有望な治療法です。蓄積された証拠は、(プレプロ)インスリンに対する免疫応答がT1D1において特に重要であるかもしれないことを示唆している。過去10年間、当社を含む複数のグループからの研究は、特定のMHCクラスII分子(B:9-23/MHCII)によるインスリンB鎖アミノ酸9~23を含むエピトープの提示がT1Dの開発において重要な役割を果たしていることを強く示唆している。マウスとヒト2,3,4,5.B:9-23/MHCII複合体を選択的に標的にするために、mAb287という名前のモノクローナル抗体を生成し、他のペプチド6を含むホルモンインスリンまたは複合体に対する交差反応性を有しない。MAb287はインビトロでの抗原提示をブロックし、mAb287を糖尿病前NODマウスに毎週投与すると、処置されたマウス6の35%におけるT1Dの発達を遅らせた。生体内の抗原の提示をブロックするためには、通常、高い循環濃度を維持するために頻繁な注射が必要である。我々は、T細胞を再プログラムするためにAb287の高い特異性を利用してこの困難を克服し、それによってT1D7に対する抗原特異的T細胞療法を改善できると仮定した。
細胞傷害性T細胞は、彼らの認知リガンドの単一のコピーが8、9、10を発現した場合、その標的を殺すことができると報告されている。従って、B:9-23/MHCII特異的CD8T細胞は、親抗体よりも不要な抗原提示を排除する上で高い効率を有することが期待され、その効果を発揮するために同じAPC上の複数の複合体に結合する必要が生じやすい。CAR T細胞は、複数のヒト癌11、12、13の治療に使用されており、また、自己免疫14においても有効であり続けであり、かつ有効でありうる。しかしながら、病原性ペプチド-MHC複合体に対する特異性を持つCAR-T細胞は、これまでT1Dの進行を修飾するために使用されていない。以下に説明する最適化されたCD8 T細胞伝達技術を用いて、我々は最近、これが実際に実行可能なアプローチ7を表す原理の証明を示した。
このプロトコルでは、効率的かつ合理化されたトランスダクションおよび拡張方法の概要を説明する。我々のプロトコルは、高効率のマウスCD8 CAR T細胞の生成を必要とする他の研究にも適用可能である。
マウスはトランスジェニックマウス施設で特定の病原体を含まない条件下で維持され、すべての動物実験はベイラー医科大学動物ケアおよび使用委員会によって承認されたプロトコルに従って行われました。
注:実験では、ウイルスとT細胞を並行して準備する必要があります。表 1は、プロトコルの概要を示しています。主要な試薬とバッファーは、材料の表に記載されています。我々は、このプロトコルにおけるAPCの特定の集団を対象とするCAR-T細胞の生成と拡大に焦点を当てる。
1. 単鎖Fab抗体(scFab)-CAの生成と検証
注:CA は通常、抗原ターゲティング ドメイン、スペーサー/膜ドメイン、および細胞質シグナル伝達ドメインの 3 つの重要なドメインを含みます。各CARの正確な設計は、意図されたターゲットに依存するので、レトロウイルスの生成に関連する構造体の主要な特徴とは別に、このプロトコルでは詳細に説明されません。以下に説明するスタディに使用される CA の全体的な設計を図 1に示します。簡単に言えば、標的ドメインは、半剛性リンカーによって連結された親モノクローナル抗体からの重鎖の全軽鎖および可変およびCH1ドメインを含む。スペーサ/膜ドメインはマウスCD28からであり、シグナリングドメインはマウスCD28、CD137(4-1BB)、およびCD247(CD3)からの要素を含む融合である。これらの要素は、スプライスオーバーラップポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、または適切な「遺伝子ブロック」の合成などの標準的な分子生物学手順によって組み立てられる。mAB287 CARの生成の詳細は、Zhangら7.cDNA配列は、要求に応じて著者から得ることができます。
2. ウイルス産生細胞のトランスフェクション(-4~3日目)
注:レトロウイルスは、フェニックス-ECO細胞を使用して生成されます (材料の表を参照)19,20.感染の可能性のある薬剤の生成に適切な予防措置を使用する(好ましくは、指定されたBSL-2キャビネットとトランスフェクト/トランスネクテッド細胞を培養するための別個のインキュベーターを含む)。
3. 一次CD8 T細胞の分離と活性化(1日~0日)
注:以前は、4~5週間で雌のNODマウスからCD8T細胞を採取し、21,22日に入り口から点数を採取する。IACUC承認プロトコルに従ってすべてのマウスを処理します。CD8 T細胞は、市販の陰性選択キットを用いて脾細胞から濃縮される。
4. T細胞活性化(0~2日目)
[図2はこちら]
5. 活性化CD8 T細胞の経度(1~3日目)
注:このプロトコルは、スピントランスダクション方式を使用します。37°Cの内部温度を維持することができるスイングアウトローターおよびティッシュ培養板のアダプターが付いている遠心分離機は要求される。最大の効率を確保するために、トランスダクションの日に、ウイルスを収集する前に遠心分離機を37°Cに事前に温めます。
6. 蛍光活性化細胞選別(FACS)によるトランスプリケーション細胞の精製(5日目または6日目)
7. 選別されたCAR-T細胞の拡張(5日目~10日目)
8. CAR T細胞の抗原特異性と機能性の検証
注:ペプチド/MHC複合体を標的とするCAR T細胞の結合特異性は、テトラマー染色7、23によって検証することができる。同様に、その機能性は、その認知リガンドによる刺激後のサイトカイン分泌または細胞傷害性を測定することによって確認することができる。エモリー大学のNIHテトラマーコアファシリティ(TCF)は、「テトラマー」および関連する染色プロトコルの推奨ソースです。
典型的には、このプロトコルを用いたトランスダクション効率は〜60〜90%である。図3に示す実験では、約ソート前に、CD8T細胞の70%がGFPを共発現した。彼らはまた、CD28とCD3(図3C)を共発表現しました。重要なことに、すべての「テスト」GFP+細胞もIA g7-B:R3テトラマーと共染色したが、対照テトラマーとは一致しない(図4)。同様に、並べ替えられたCAR-T細胞は、それぞれのコグネイトリガンドを発現する標的細胞との共培養後にのみ高レベルのIFN-γを分泌した(図5)。これは、トランスプリエテッド細胞が親抗体の標的に向けられたCD8エフェクターT細胞表現型を有することを確認する。

図1:CARレトロウイルス構造の概略図。CARは、適切なマウスモノクローナル抗体のFab断片に由来するターゲティングドメインと、マウスCD28、CD137およびCD247からのスペーサー/膜アンカー/シグナル伝達ドメインを含む。合成cDNAは、pMIG-IIレトロウイルス発現ベクターに挿入される。mAb287-CARの生成に使用される制限エンドヌクレアーゼ部位が示されている。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図2:細胞分布に対する異なるめっき方法の効果(左)旋回モーションを使用してピペットされたセルは、偶数分布を示します。(右)細胞を井戸の中心に直接ピペットさせた。画像は350 x gで5分間回転した後に撮影されました。

図3:トランスメトリートT細胞のフローサイトメトリック解析細胞は、ステップ6.4に記載されているように、PE-Cy7共役抗CD8、AF647共役抗CD3、およびBV421共役抗CD28と共染色した。単一の実行可能セル上でゲートされたプロファイルが表示されます。(A) 染色されていない親のCD8 T細胞。(B) トランスプリケート細胞のPE-Cy7/GFPプロファイル。CAR発現細胞は、GFPレポーターによって識別される。(C)染色されたトランス化細胞をPE-Cy7/GFP二重陽性にゲートした。AF647/BV421 プロファイルが表示されます。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図4:未選分けCAR-T細胞のテトラマー染色。細胞は、ステップ8.1に記載されているようにBV421共役テトラマーで染色した。単一の実行可能セル上でゲートされたプロファイルが表示されます。(A) 試験IAg7-インスリンテトラマー。(B) 制御 I-Ag7-HEL テトラマー。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図5:CAR T細胞による抗原特異的サイトカイン分泌試験mAb287または対照mAb24.1 CARを発現するソートされたCD8 T細胞を、IA g7-B:R3、「空」IAg7、またはTFR-MBP-DTRL(mAb24.1のリガンド)を表すM12C3細胞と共培養した。24時間後、分泌されたIFN-γ ELISAをELISAにより定量した。両方のT細胞株の特異的刺激が観察された。データは3回の繰り返し実験の平均±SDを表す。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
| 時間 | ウイルス製剤 | T細胞製剤 |
| 日-4(金) | フェニックス細胞の解凍(PM) | |
| 3日目(土) | フェニックスのリプレート | |
| 2日目(日) | 休日 | |
| 1日目(月) | フェニックス細胞を照射(PM) | CD3/CD28 Ab付きコーティング非処理プレート |
| 第0日(火) | フェニックス細胞のトランスフェクション(AM) | 脾細胞を調作し、CD8 T細胞を単離する。 |
| T細胞活性化。 | ||
| 1日目(水曜日) | フェニックス細胞を中程度に4ml(AM)に変更する。 | コート レトロネクチン |
| 2日目(木) | ウイルスを収集し、補充。 | 経度、CD8 T細胞 |
| 3日目(金) | ウイルスを収集します。 | 経度、CD8 T細胞 |
| 4日目(土) | 細胞を洗浄し、細胞を膨張させる。 | |
| 5日目(日) | 必要に応じてセルの拡張。 | |
| 6日目(月曜日) | CAR-T セルの並べ替え。 | |
| 7日目~10日目(火~金) | T CAR-セルの拡張。実験。 |
表 1: CAR-T 生成プロトコルの概要。
MAb287およびそのデリバティブは、2014年に発行された米国特許によって保護されています。
本稿では、抗原特異的CD8 T細胞の生成のためのプロトコルと、インビトロおよびインビボで使用する機能性T細胞の数が多いことを目的としたインビトロでの増殖について説明する。
本研究は、JDRF助成金1-INO-2015-74-S-B、2-SRA-2016-238-S-B、SRA-2-S-2018-648-S-B、糖尿病教育・行動賞、キャロライン・ウィーズ法基金(ベイロー・カレッジ)の支援を受けています。細胞選別は、NIH(S10RR024574およびP30CA125123)からの資金でベイラー医科大学の細胞メトリーおよび細胞選別コアによってサポートされました。すべてのペプチド-MHCテトラマーは、NIHテトラマーコア施設から得られた。
| 2-メルカプトエタノール (50mM) | Gibco | 21985-023 | 50 μメートル |
| 5'RACE PCR | Clontech | 634859 | |
| 抗マウスCD28抗体 | eBioscience | 14-0281-86 | 最終濃度1µg/ml |
| 抗マウス CD3e 抗体 | eBioscience | 145-2C11 | 最終濃度 1µg/ml |
| ビオチンラット抗マウスIFN-&γ; | BD Biosciences | 554410 | 0.5 & micro での作業濃度。g/ml |
| BSA | シグマ | A7030 | |
| 遠藤フリー マキシプレップキット | Qiagen | 12362 | |
| Gentamicin | Gibco | 15750-060 | ファイナル 50 &マイクロ;g / mlです。 |
| 熱不活性化 FCS | Hyclone | SH30087.03 | 最終 10% FCS |
| HEPES (100X) | Gibco | 15630-080 | 1X |
| IAg7-CLIP テトラマー-BV421 | NIH テトラマー エモリーの施設 | 承認ごとに | 6 & マイクロでの作業濃度;g/ml |
| IAg7-インスリン P8E テトラマー-BV421 | NIH テトラマー エモリーの施設 | 承認ごと | 6 & マイクロでの作業濃度;g/ml |
| インスリン-トランスフェリン-セレン-エタノールアミン (ITS 100x) | ThermoFisher | 51500056 | 最終濃縮は 1x |
| リポフェクタミン 2000 | Invitrogen | 11668019 | |
| LS カラム | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| MACS Separation Buffer | Miltenyi Biotec | 130-091-221 | |
| マウス CD8a+ T 細胞分離キット | Miletenyi Biotec Inc | 130-104-075 | |
| マウス CD8a+ T 細胞分離キット | Miltenyi Biotec | 130-104-075 | |
| Opti-MEM 培地 | ThermoFisher | 31985070 | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン (5000U/ml) | ThermoFisher | 15070063 | 50 U/ml |
| Phoenix-ECO 細胞 | ATCC | CRL-3214 | |
| リン酸緩衝生理食塩水 (PBS) | Gibco | 10010-023 | |
| pMIG II | Addgene | 52107 | |
| pMSCV-IRES-GFP II | Addgene | 52107 | |
| 精製ラット抗マウスIFN-&γ; | BD Biosciences | 551216 | 3 & micro での作業濃度。g/ml |
| 赤血球溶解バッファー | Sigma | R7767 | |
| RetroNectin | Takara | T100A | 50 & micro での作業濃度;g/ml in PBS |
| rhIL-2 (ストック濃度 105 IU/ul) | Peprotech | 200-02 | 最終濃度 200 IU/ml |
| rmIL-7 (ストック濃度 50ng/ul) | R&D | 407-ML-005 | 0.5ng/ml での最終濃度 |
| RPMI-1640 | Gibco | 11875-093 | |
| 滅菌細胞ストレーナー | Fisher Scientific | 22-363-548 | |
| Tryple | Gibco | 12605-028 |