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Research Article
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
このプロトコルは、正形外科膵腫瘍の外科的生成と、新たに単離されたマウス膵腫瘍の急速な消化について説明する。消化後、生存可能な免疫細胞集団は、フローサイトメトリーによる細胞内サイトカイン検出のためのT細胞のex生体内刺激を含むさらなる下流分析に使用することができる。
膵臓癌の生体内モデルは、疾患のダイナミクス、免疫浸潤および新しい治療戦略を研究するための貴重なツールを提供する。オルソトピックマウスモデルは、免疫担当マウスの大きなコホート上で同時に行うことができ、比較的安価であり、認知組織の微小環境を維持する。直交腫瘍内のT細胞浸潤および細胞傷害活性の定量は、抗腫瘍応答の有用な指標を提供する。
このプロトコルは、膵臓に直接5μL基底膜に再懸濁された少数の同種腫瘍細胞の注射による正形性膵腫瘍の外科的生成のための方法論を記述する。オルソトピック腫瘍を有するマウスは、エンドポイントに到達するまでに約30日かかり、その時点で腫瘍が収穫され、腫瘍浸潤T細胞活性の特徴付けのために処理することができる。コラゲナーゼとDNaseを用いた迅速な酵素消化により、腫瘍から単細胞懸濁液を抽出することができます。腫瘍から抽出された免疫細胞の生存率および細胞表面マーカーが保存される。したがって、培養またはRNA抽出のための免疫細胞のフローアシスト細胞選別、免疫細胞集団のフローサイトメトリー分析を含む複数の下流アプリケーションに適しています。ここでは、細胞内サイトカイン定量(IFNγおよびTNFα)および脱顆粒活性(CD107a)に対するT細胞集団のex vivo刺激を、全体的な細胞毒性の尺度として説明する。全腫瘍消化は、サイトカイン産生および脱顆粒をアップレギュレートするために抗CD107a抗体の存在下で、5時間のホモル筋酢酸およびイオノマイシンで刺激された。最後の4時間にブレフェルジンAとモネンシンを添加し、細胞外輸送を遮断し、サイトカイン検出を最大化するために行った。次いで、フローサイトメトリー分析のために細胞の余分および細胞内染色を行い、そこでIFNγ+、TNFα+およびCD107a+CD4+およびCD8+T細胞の割合を定量した。
この方法は、腫瘍微小環境の包括的な分析を行う開始塩基を提供する。
この方法の詳細は、開始から終了まで、最小限の細胞材料を用いて正形性膵腫瘍を生成するための外科的処置およびT細胞機能のex vivo分析を含む免疫細胞集団の包括的なフローサイトメトリー分析のための確立された腫瘍のその後の急速解離を行う。
膵管腺癌(PDAC)は、5年1を生存する患者のわずか8%を有する積極的な癌である。患者の20%未満は外科的切除2の対象であるため、新鮮な患者サンプルは研究のために容易にアクセスできないため、生体内モデルはこの疾患を調査するのに不可欠なツールを提供します。PDACの複数のマウスモデルがある:オルソトピック、皮下、トランスジェニック、静脈内および患者由来異種移植片(PDX)、ここで広く説明する3。ここで説明するオルソトピックモデルは、免疫担当マウスの膵臓に同系PDAC細胞を注入することを可能にする。これは、野生型または変異型マウスの大規模なコホートで行うことができ、従って治療薬の比較のための費用対効果が高く、一貫したモデルを提供する。重要なことに、オルソトピックモデルは、腫瘍細胞の増殖および転移のための認知微小環境を、臨床的に関連する部位(例えば肝臓)に、臨床的に関連する部位(例えば肝臓)に提供し、皮下または化学的に誘発されたモデルよりも臨床的に関連する。直交トピック腫瘍は、線維芽細胞および細胞外マトリックス沈着5の豊富さとの強力なデスモプラスチック反応のようなPDACの主要な特徴を示す。PDACのトランスジェニックモデルは、マウスモデルのゴールドスタンダードであり、最も一般的に使用されるKPCモデルは、膵臓特異的Pdx-1-Creプロモーター6の下で変異クラスG12D/+およびTrp53R172H/+を発現するKPCモデルである。追加の KPC およびその他の生体内PDAC モデルについては、ここでは7を確認してください。KPCマウスは、ヒトPDAC6の特徴を忠実に複製する疾患進行を有する膵腫瘍を自発的に発症する。しかし、すべてのトランスジェニックモデルに関しては、繁殖プログラムは高価であり、腫瘍の進行は可変であり、したがって、多くの場合、マウスの大きなコホートを必要とする。PDXモデルは、免疫不全マウスにおいて直交またはより頻繁に皮下に増殖される患者由来の腫瘍細胞または断片を使用する。異種移植片モデルは、治療化合物をスクリーニングするための有用なツールを提供し、患者の不均一性を説明します。しかし、それらは完全な免疫微小環境を提供しないので、彼らのアプリケーション8、9を制限します。
いったん確立されると、オルソトピック腫瘍は、通常、(使用される細胞株に応じて)成長するのに約1ヶ月以上かかり、超音波またはMRIによって容易に画像化され、進行を追跡し、治療有効性を決定することができる大きな腫瘍を形成する。しかし、一度指数関数的な成長で、腫瘍増殖の最終段階は迅速であり得るので、ほとんどの治療レジメンは比較的早く(例えば、14日)11、12に開始される。免疫系は、T細胞の相対的な貧弱性および骨髄細胞13の頻繁な存在を有する免疫抑制腫瘍浸潤を特徴とするPDACを含む腫瘍発達において重要な役割を果たす。PDACにおけるT細胞の高い存在は、より良い予後14、15を与える。しかしながら、単一剤として、抗CTLA-416および抗PD-L117などのT細胞免疫抑制を緩和する免疫チェックポイント阻害剤は、PDAC患者において臨床的利益を示しておらず、全体的なT細胞反応性が非常に低いためである可能性が最も高い。しかしながら、抗CD40などの主要なT細胞応答が抗PD-L1/CTLA-4耐性18、19およびGM-CSF分泌同種PDACワクチン(GVAX)によるワクチン接種を克服できる薬剤は、PDAC腫瘍20の免疫原性を高めることができ、T細胞応答を増強することが重要な治療手段を形成することを示す。
抗腫瘍T細胞応答に重要なのは、T細胞受容体(TCR)を介した腫瘍由来抗原の認識および細胞傷害性サイトカインおよび顆粒のその後の産生である。T細胞抗原認識はTCRシーケンシングによって決定できるが、このアプローチはコストと時間がかかる。しかしながら、腫瘍浸潤T細胞サブセットの定量は、抗腫瘍応答の良好な指標を提供する。脱顆粒、サイトカイン産生および他の細胞傷害因子の観点からT細胞活性ex vivoのさらなる検討は、より深い機能分析を提供する。これらのアッセイは、新鮮な腫瘍サンプルに対して行うことができ、T細胞機能の多くのパラメータは、フローサイトメトリーによって迅速に測定することができる。
CD8+およびCD4+T細胞は、免疫応答21を増強するIFNγおよびTNFαなどのサイトカインを産生する。IFN>は、標的細胞に対するMHCIアップレギュレーションを誘導し、免疫細胞の分化とリクルートを誘導し、細胞死を助ける。CD8+T細胞によるIFNγ産生は、抗腫瘍応答の一部であることを十分に特徴付け、腫瘍回帰22、23と相関する。TNFαは、CD8+およびCD4+T細胞の両方によって産生される別の炎症性サイトカインである。それはTCR依存的な活性化およびT細胞の増殖を高め、抗腫瘍応答を助する。TCR関与時に、細胞傷害性CD8+T細胞は脱顆粒を受けることができ、そこで細胞傷害性分子を含む分泌リソソームが免疫学的シナプスに放出され、標的細胞分解を引き起こす21。これらの分子には、標的細胞膜に結合するタンパク質であるPerforinが含まれ、膜の完全性を破壊し、グランザイムBのような他の細胞傷害性分子の拡散21またはエンドサイトーシス24を標的細胞の細胞質に直接浸着させる毛穴を形成する。グランザイムBは、標的細胞内の複数のタンパク質の分解を行うプロテアーゼであり、細胞死21につながる。このような分子の放出は、エンドソームの細胞表面へのエキソソームのエキソサイトーシスを必要とし、そこでエンドソームマーカーCD107a(LAMP−1とも呼ばれる)が細胞膜25に一時的に組み込まれる。
T細胞によるサイトカイン分泌の測定には、フローアシスト細胞選別またはビーズベースの分離アッセイによる単離が必要であり、多数のサンプルに対して同時に容易に行うことができない。しかし、細胞内サイトカインの測定は、事前分離ステップを必要とせず、一度に複数のサンプルに対して簡単に実行できるため、よりスループットの高いアプローチが可能です。サイトカインはT細胞によって急速に分泌されるため、細胞内レベルは検出不能であり、したがってT細胞は基底サイトカイン産生を増加させる刺激を必要とする。抗原駆動サイトカイン産生を評価するには、TCRによって認識される抗原をインビトロでプライミングされたAPCによってT細胞に提示されなければならない。抗原特異性が不明な場合には、広範な刺激アプローチが必要である。TCR刺激は、サイトカイン産生および増殖を誘発するTCR活性化および共刺激の両方を提供する抗CD3/28ビーズを用いて模倣することができる。しかし、より費用対効果の高い代替手段は、PMAとイオノマイシンの使用であり、細胞内サイトカインの合成および放出につながるシグナル伝達経路を広く活性化する。具体的には、PMAはプロテインキナーゼC(PKC)を活性化し、イオノマイシンは細胞内Ca2+イオンを上昇させ、細胞シグナル伝達の増加につながる。サイトカインの細胞内含有量を維持するために、この刺激は、ゴルジ内のタンパク質を遮断し、細胞外放出を防ぐタンパク質輸送阻害剤ブレフェルディンAおよびモネンシンと効果的に組み合わせることができる。PMA/イオノマイシンの使用は、T細胞を刺激するための確立された方法であり、細胞外放出と細胞内サイトカイン26との間に強い相関がある。PMAおよびイオノマイシンを用いたT細胞の刺激はまた、細胞膜へのリソソーム密売を増加させ、したがってCD107aは細胞表面に一過性に統合され、細胞内にリサイクルされる。刺激中に抗CD107a抗体を含むまでに、脱顆粒活性25のマーカーとして用いることができる。
この方法は、単細胞懸濁液を提供するために腫瘍を迅速に消化する。この時点で、個々の集団は、フローサイトメトリーのために直接染色されるか、または下流の方法によって精製することができる:フローアシスト細胞選別または磁気ビーズ分離。フローサイトメトリー分析のための単細胞懸濁液の調製は、複数の免疫細胞集団とその表現マーカーのハイスループット分析を可能にし、免疫細胞数および表現型の正確な定量を提供する。
最後に、ここで説明する消化プロトコルは、細胞表面マーカーの損失を防止し、免疫細胞の生存率を維持し、免疫細胞が必要に応じてさらなる細胞精製工程および培養を受けることを可能にする。しかしながら、この方法は、この消化から上皮細胞を導出するための試験されていない。
正形の膵腫瘍は、1986年の英国内務省動物科学処置法および欧州指令2010/63/EUに従って、前述の10に従って生成された。すべてのマウスは、体重減少(任意の期間で72時間または20%)を含むがこれらに限定されない痛みや苦しみの徴候のために周術的に監視された。ピロ勃起、目の狭窄、上げられた歩行、ハンチングされた外観、ならびに出血、発赤および潰瘍を含む創傷感染の徴候の徴候。腫瘍の増殖は触診によって監視され、終点の徴候に達したかどうかを評価するために、労体呼吸、黄疸および冷たい四肢のような追加の臨床徴候も監視された。すべての手順は、無菌条件で行う必要があります。フローサイトメトリー染色の前に使用されるすべての試薬は、無菌条件で調製されるべきである。
1. 注射用腫瘍細胞の調製
2. 腫瘍細胞の直交局所注射
3. 膵腫瘍の消化
4. 消化腫瘍からの単細胞懸濁液の調製
5. ex vivo刺激のための細胞の準備
6. フローサイトメトリーのための細胞外および細胞内染色
膵臓に1000 TB32048細胞を注入した後、直交話題性腫瘍の発症には約30日かかります(図1A,B)。手術中の基底膜漏出は、皮膚を通して顕著に見える腹膜壁に直接大きな腫瘍を形成させる可能性がある(図1C)。我々はこれらのマウスを研究から取り除くだろう。しかし、良好な外科的スキルを有する場合、漏出の発生率は最小限に抑えられる。エンドポイントで採取された直交腫瘍は、C57BL/6野生型マウスにおいてかなりの大きさに成長する可能性がある(図1D)。収穫されたオルトトピック腫瘍は、単一細胞懸濁液を達成するために20分間コラゲナーゼ/DNaseで消化を必要とする(図2)。この時点で、腫瘍由来細胞は、2 x 106細胞/ウェルでU底板にめっきすることができる。めっきされた細胞の数は、サンプル内のT細胞の有病率に応じて変更することができます。T セルの密度が高い場合は、セル番号を小さくすることができます。コントロール脾臓またはリンパ節サンプルは、刺激のためにこの時点でめっきすることもできる。各ウェルは、5時間のPMAおよびイオノマイシンで刺激され、1時間インキュベーション後に、ブレフェルジンAおよびモネンシンがサイトカインの細胞外放出を遮断するために添加される(図2)。インキュベーション後、フローサイトメトリーによる分析のために細胞外エピトープおよび細胞内サイトカインのサンプルを染色する(図2)。
正形トピック腫瘍を有するマウス由来の脾臓および腫瘍のサンプルをフローサイトメトリーにより分析した。脾臓および正形トピック腫瘍のフローサイトメトリー分析で使用されるゲーティング戦略は、FSC-A、SSC-A、FSC-A/FSC-HおよびSSC-A/SSC-Wによるダブレットを使用して破片を除外し、その後、固定可能な生存性色素の陽性として死細胞またはアポトーシス細胞を除く(図3A)。次に、免疫細胞を CD45+としてゲートし、さらに CD3+ としてゲートされた T 細胞は、そこから CD4+および CD8+サブセットが定義されます (図 3A)。蛍光マイナス1(FMO)は、ゲーティングのためのバックグラウンド蛍光を決定するために行われ、ブレフェルジンA/モネンシンのみの制御は、サイトカインの基底産生を決定するために行われる(図3B-D)。
IFNγの場合、ブレフェルニンA/モネンシンによるインキュベーションは、脾臓および腫瘍サンプルの両方でFMO制御上のIFNγの増加を生じなかった。しかし、PMAとイオノマイシンの添加は、脾臓および腫瘍由来CD4+およびCD8+T細胞の両方で検出可能な細胞内IFNの%を増加させた。
脾臓CD4+およびCD8+T細胞は、陽性対照として使用され、腫瘍浸潤T細胞サブセットよりも比較的高いIFNγ産生を有し、平均6.60±1.5%および12.97±3.4%と比較して、4.81±1.0%および4.13±1.3%と比較して、腫瘍内で免疫抑制が起こることを示す(B3および図3)。TNFαについても同じ戦略を用いて、脾臓CD4+T細胞の割合が高い割合で細胞内TNFα(65.93±2.3%)が腫瘍浸潤CD4+T細胞(22.45±5.4%)と比較して陽性であることを可視化しました。脾臓および腫瘍浸潤CD8+T細胞は、TNFα(25.15±3.7%および19.91±5.1%それぞれ)の類似レベルを産生する(図3C、図4B)。
最後に、CD107aは、細胞傷害性顆粒およびサイトカインのエキソサイトーシスの間に細胞表面上に一過性に発現される内染色マーカーであり、そのように、細胞傷害性の代理マーカーとして使用される。刺激中のCD107aの染色の利点は、すべての一過性細胞表面発現CD107aが蛍光抗体によって捕捉されることです。CD107aの基底レベルは、ブレフェルジンA/モネンシンのみ処理された細胞に示されている。脾臓CD8+T細胞の場合、PMA/イオノマイシンによる刺激は検出されたCD107aのレベルを増加させ、CD8+細胞において最
著者たちは何も開示する必要はない。
このプロトコルは、正形外科膵腫瘍の外科的生成と、新たに単離されたマウス膵腫瘍の急速な消化について説明する。消化後、生存可能な免疫細胞集団は、フローサイトメトリーによる細胞内サイトカイン検出のためのT細胞のex生体内刺激を含むさらなる下流分析に使用することができる。
動物技術者サービスとアルツベタ・タラロヴィコワ博士(バーツがん研究所、ロンドン、ロンドン、イギリスのクイーンメアリー大学)は、オルソトピック手術中の彼らの援助に感謝したいと思います。また、ジェニファー・モートン博士(英国グラスゴー・グラスゴーがん研究所)の外科技術に関する指導をいただき、クリスティーナ・ギレリ博士(バーツがん研究所、ロンドン、ロンドン、ロンドン、イギリス)の腫瘍消化に関するアドバイスとファビエンヌ・マクラナハン博士(バーツがん研究所、ロンドンのクイーン・メアリー大学)に感謝申し上げます。 また、医学研究評議会(MRC)、膵臓がん研究基金(PCFR)、卵巣がんアクションのご協力にも感謝申し上げます。
| 6/0ゲージコーティングビクリル吸収性縫合糸Ethicon | W9500T | ||
| 70 μm 細孔サイズ細胞ストレーナー | フィッシャーサイエンティフィック | 11597522 | |
| 9 mm クレイ アダムス クリップ | VetTech Solutions | IN015A | |
| 抗CD107a PE (クローン 1D4B) | Biolegend | 121612 | 1:100 から培養培地 |
| 抗CD16/CD32 | BD バイオサイエンス | 553142 | 最終希釈 1:200 |
| 抗CD3 PerCP eFluor710 (クローン 17A2) | Biolegend | 46-0032 | 最終希釈で使用 1:50 |
| 抗CD4 FITC (クローンGK1.5) | eBioscience | 11-0041 | 最終希釈で使用 1:100 |
| 抗CD45 ブリリアントバイオレット 605 (クローン 30-F11) | バイオレジェン | ド103140 | 最終希釈で使用 1:200 |
| 抗CD8 ブリリアントバイオレット 421 (クローン 53-6.7) | バイオレジェン | ド100738 | 最終希釈で使用 1:100 |
| 抗IFN-γ PE/Cy7 (クローン XMG1.2) | Biolegend | 505826 | 最終希釈で使用 1:50 |
| 抗 TNF-α Alexa Fluor 647 (クローン MP6-X) | Biolegend | 506314 | 最終希釈で使用 1:50 |
| BD マトリゲル基底膜マトリックス 高濃度 | BD Biosciences | 354248 | 氷上でアリコートし、-20 °Cで保存します。C |
| ウシ血清アルブミン (BSA) | Sigma-Aldrich | A4503 | |
| Cell Stimulation Cocktail (500x) (ホルボール 12-ミリスチン酸 13-アセテート (PMA) とイオノマイシン) | eBioscience | 00-4970-03 | 1x 最終濃度 PMA 0.081 μM、イオノマイシン1.34μM |
| Clay Adams オートクリップ アプライヤー | VetTech Solutions | IN015B | |
| クレイ アダムス オートクリップ リムーバー | VetTech Solutions | IN015B | |
| コラゲナーゼ V 型 Clostridium histolyticum | Sigma-Aldrich | C9263 | 2 mg/mL 中 ジ |
| メチル スルホキシド (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650-100mL | |
| DMEM 高グルコース (4.5 g/L)L-グルタミン | PAA | E15-810 | |
| DNase (ウシ膵臓II型由来デオキシリボヌクレアーゼI) ストック 10 mg/mL 0.15 M NaCl | Sigma-Aldrich | D4513 | 消化培地の最終濃度 0.025 mg/mL |
| 固定生存率 色素 506 (FVD506) | eBioscience | 65-0866 | PBS|
| 胎児子牛血清 (FCS) | GE Healthcare | A15-104 | RPMI |
| 10% で 1:200 で使用ハミルトンシリンジ700シリーズ、25 μL容積、22sゲージ針ベベルチップ | フィッシャーサイエンティフィック | 10100332 | |
| 細胞内固定バッファーおよび細胞内透過化バッファー | eBioscience | 88-8824-00 | 透過化バッファーをH2O |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | PAA | 15140122で | 1倍に希釈します100ユニット/mL ペニシリン、100 μg/mL ストレプトマイシン |
| タンパク質輸送阻害剤カクテル (500x) (ブレフェルジンAおよびモネシン) | eBioscience | 00-4980-03 | 1x 最終濃度 ブレフェルジンA 10.6 μM、モネンシン2 μM |
| RPMI-1640 (0.3 g/L グルタミン含有) | Sigma-Aldrich | R8758 | |
| 外科用メスブレード No.10 | Swann-Morton | 0501 | |
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| ユニバーサルコットンチップアプリケーター - 6インチ x 100 | Medisave | UN982 | |
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