非ウイルス性のSleeping Beautyトランスポゾンシステムを使用して、真菌病原体を標的とするキメラ抗原受容体ナチュラルキラー(CAR-NK)細胞を産生するためのトランスフェクションプロトコルの概要を説明します。抗原特異的な活性化を評価するために、改変された細胞を Aspergillus fumigatus 胚芽管と共培養し、IFN-γ分泌を測定しました。
方法論記事
非ウイルス性のSleeping Beautyトランスポゾンシステムを使用して、真菌病原体を標的とするキメラ抗原受容体ナチュラルキラー(CAR-NK)細胞を産生するためのトランスフェクションプロトコルの概要を説明します。抗原特異的な活性化を評価するために、改変された細胞を Aspergillus fumigatus 胚芽管と共培養し、IFN-γ分泌を測定しました。
キメラ抗原受容体(CAR)ベースの細胞療法は、血液悪性腫瘍の治療において印象的な有効性を示しています。近年、感染症に対する治療法の開発が進められていますが、真菌感染症を対象とした研究は未だに少ないのが現状です。最適な標的を特定し、細胞産物を最適化するために、キメラ抗原受容体ナチュラルキラー(CAR-NK)細胞を改変する方法を開発し、真菌による刺激に対する応答を評価しました。この論文では、非ウイルス性のSleeping Beautyトランスポゾンシステムを使用して、真菌標的に合わせたCAR-NK細胞を作製するための簡単で堅牢な方法について説明します。NK-92細胞に、ミニサークルDNA(MC)としてベクター化された高活性トランスポゼースSB100XとプラスミドコードCARトランスポゾンをトランスフェクションします。トランスフェクション効率は、フローサイトメトリー解析を使用して1週間後に評価されます。機能試験に先立ち、導入遺伝子を発現する細胞を磁気活性化細胞選別を用いて濃縮し、さらに1週間培養します。抗原特異的活性化を評価するために、改変された細胞を Aspergillus fumigatus 生殖管と少なくとも6時間共培養します。続いて、分泌されたインターフェロン-ガンマ(IFN-γ)の濃度を、酵素結合免疫吸着アッセイを用いて測定します。
Aspergillus fumigatus(A.fumigatus)は、平均的な人が毎日100〜1,000の分生子を吸い込んでいる遍在する真菌です1。化学療法を受けている患者や白血病に苦しんでいる患者など、後天性または先天性免疫不全の患者では、A. fumigatusは重度の侵襲性アプセルギルス症を引き起こす可能性があります。毎年、世界中で20万人以上がアスペルギルス症に罹患しています。アゾール誘導体による予防と治療に抗真菌薬を使用しているにもかかわらず、死亡率は30%から95%の間にとどまっています2,3。さらに、この治療法には重大な副作用があり、A. fumigatusの培養物の7%がすでにアゾール耐性を持っています4。
キメラ抗原受容体(CAR)操作T細胞による治療は、悪性疾患の治療において臨床的に成功し、侵襲性アスペルギルス症などの感染症との闘いにおいて有望な前臨床結果を達成しました5,6,7,8。A. fumigatus hyphaeの細胞壁のタンパク質を標的とする前述のAf-CAR-T細胞は、前臨床モデルで有望な結果を示しています6。
移植片対宿主病のリスクの低下、サイトカイン放出症候群、および神経毒性により、CAR-NK細胞は急性感染症の「既製」治療薬としてCAR-T細胞の貴重な代替品となっています9。さらに、NK細胞は抗真菌免疫応答に重要な役割を果たすことが示されています。A. fumigatusで刺激されると、NK細胞はIFN-ɣなどのサイトカインやCCL-3やCCL-4などのケモカインを分泌し、細胞傷害性顆粒を放出する10,11。
NK-92細胞株は、遺伝子工学のためのNK細胞の一般的な供給源であり、比較的単純な培養条件で迅速な増殖と増殖の利点を提供する12。いくつかの前臨床試験では、CAR形質導入NK-92細胞が血液腫瘍と固形腫瘍の両方の治療に利用できる可能性が実証されています。その安全性、有効性、および「既製の」細胞療法としての可能性を調査するために、数多くの臨床試験が進行中です13。
NK細胞で高いトランスフェクション効率と安定した導入遺伝子発現を達成することは困難です。ウイルス法は高い効率性を約束しますが、その後の発がんに伴う挿入変異のリスクを伴います9,14。最新世代のスリーピングビューティー(SB)トランスポゾンベクターは、ウイルスおよび一過性の非ウイルス遺伝子導入法の限界を克服し、安定した遺伝子導入のための安全で強力で経済的に実行可能なシステムを提供します15。
したがって、このプロトコルは、生命を脅かす侵襲性アスペルギルス症の患者にとって「既製の」治療オプションとして機能する可能性のあるAf-CAR-NK-92細胞の生成のための新しい方法論を概説しています。このアプローチの有効性は、 A. fumigatus hyphaeによる刺激によるIFN-ɣの産生の増加によって例証されています。
ここで説明するすべての実験は、無菌条件下で行う必要があります。このプロトコルでは、(I)コントロールとして機能するDNAを使用しない模擬トランスフェクションと、(II)前述のAf-CAR6を使用したCARトランスフェクションの2つの条件を示します。Af-CARプラスミドには、CARの下流に切断された上皮成長因子受容体(EGFRt)配列が含まれており、トランスフェクションマーカーとして使用されます(補足図S1)。各条件について、4個×10個の6 個のNK-92細胞が必要です。
1. NK-92細胞の培養
2. 非ウイルス性トランスフェクション
3. フローサイトメトリーを用いたトランスフェクション効率の確認
4. 磁気活性化セルソーティング(MACS)による導入遺伝子発現細胞の濃縮
注:最適な結果を得るには、8〜10×10個の6 細胞でプロトコルを開始します。すべての遠心分離ステップは4°Cで行われます。
5. 機能テスト
注:今後の実験では、次の培地を準備して使用します:RPMI + 20%FBS。
Af-CAR NK-92細胞の作製には、トランスフェクション、回収、濃縮、増殖など、約14日かかります。トランスフェクション後、細胞は2日おきに培養され、分裂します。トランスフェクション後2日で最初の分裂中に細胞生存率が低下する可能性があります。通常、細胞はトランスフェクションの4日後に回復し、48時間の倍増時間で増殖を開始します。
回復後、トランスフェクション効率を測定し、10〜20%に達すると予想しています( 代表的な結果を図3に示します)。MACSを介してEGFR陽性細胞を濃縮すると、Af-CAR NK-92細胞の割合が95%以上に増加します( 代表的な結果を図4に示す)。
95%を超えるAf-CAR細胞を含む培養物を機能アッセイに使用しました。ここでは、 A. fumigatus 生殖管と細胞を6時間共培養し、活性化マーカーとしてIFN-ɣ分泌を測定しました。 図5に示すように、Af-CAR細胞は、Mock NK-92細胞(平均=75.6±±19.5 pg/mL)と比較して有意なサイトカイン分泌(平均=340.6 86.5 pg/mL)を示し、Af-CAR細胞の活性化が有意に高い(p値=0.03)ことを示しています。

図1:Aspergillus fumigatusの生殖管。16時間のインキュベーション後のA.fumigatusの顕微鏡画像。生殖管/小さな菌糸が観察され、井戸の周りに均一に分布しています。スケールバー = 400 μm. この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2: Aspergillus fumigatus 生殖管とNK-92細胞の共培養。 共培養の顕微鏡画像。NK-92細胞はクラスターを形成し、 A.fumigatus 生殖管と接触しています。スケールバー = 400 μm. この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:トランスフェクションマーカーEGFRの染色によるトランスフェクション効率の評価。 5日目、エレクトロポレーション後、NK-92細胞を7-AADおよび抗EGFRで染色しました。その結果は、(A)Mock細胞と(B)Af-CAR NK-92細胞の代表的な実験の一例を示しています。左の列は、セルサイズとセルの粒度のドットプロットを示しています。ゲートはNK-92セルに設定されています。死細胞は、7-AAD標識(2列目)を使用してアウトゲートされます。生きているEGFR+ 細胞の割合は、3列目に示されています。略語:EGFR =上皮成長因子受容体;7-AAD = 7-アミノアクチノマイシンD;CAR=キメラ抗原受容体。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:導入遺伝子を発現するNK-92細胞の濃縮後の細胞表面染色結果。 左側に、モックセルが表示されます。右側には、Af-CAR-NKセルが示されています。赤色のヒストグラムは、未染色の細胞を表しています。青色のヒストグラムは、対応する染色細胞を表します。ゲートはEGFR+ セルに設定されています。数字は陽性セルの割合を示しています。略語:EGFR =上皮成長因子受容体;CAR=キメラ抗原受容体。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図5:Aspergillus fumigatusの生殖管によって活性化されたNK細胞のサイトカイン分泌。 この図は、共培養の6時間後にELISAによって測定された真菌との共培養におけるAf-CARおよびMock細胞のIFN-ɣ分泌の結果を示しています。示されているデータは、独立して実施された3つの実験の平均±SDです(n = 3)。GraphPad Prism 10 を使用した Welch の t 検定によって計算された p 値、* p < 0.05。略語:NK =ナチュラルキラー;IFN-ɣ = インターフェロンガンマ;CAR = キメラ抗原受容体;ELISA = 酵素結合免疫吸着アッセイ。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
| 名前 | 会社 | ストック濃度 | 参考 | |
| トランスポゼース | SB100X ミニサークル | プラスミドファクトリー | 1 μg/μL | 19 |
| トランスポゾン | AF-CARプラスミド | 自社生産 | 1 μg/μL | 6 |
表1:このプロトコルで使用されるDNA。
補足図S1:Af-CARトランスポゾンのプラスミドマップ: プラスミドベクターの概略図とCARトランスポゾンの設計。略語:EF1 =伸び係数-1アルファプロモーター;ORI = 細菌の複製起源;LIR = 左反転リピート;RIR:右反転リピート。Cyto = 細胞質;Tm = 膜貫通型。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
提供されたプロトコールは、非ウイルス性のSleeping Beautyトランスポゾンシステムを使用して真菌病原体を標的とするCAR-NK細胞を作製するためのシンプルで信頼性の高い方法を提供します。この方法は、大きな導入遺伝子の安定的かつ恒久的な挿入を可能にし、これにより、細胞の増殖がさらなる分析に必要な量を得ることを可能にする14,16。
トランスフェクションの成功には、細胞数と生存率、パルス強度と持続時間、DNAの質と量など、いくつかの重要な要因が影響します17。開始する前に細胞の健康状態を評価し、少なくとも90%の生存率を確保することが重要です。パルス強度を上昇させると、細胞集団のトランスフェクション効率が向上することが実証されています。しかし、このアプローチでは、細胞の生存率が大幅に低下する可能性もあります。細胞が過剰で、DNAの量または質が限られている場合、プラスミドをうまく取り込む細胞の数が不十分である可能性があります17。それにもかかわらず、高濃度のDNAは毒性があり、細胞の生存率を低下させることが実証されています18。
これまでの研究では、より高いトランスフェクション効率が達成されていましたが、一過性タンパク質の発現のみに焦点が当てられていました17。対照的に、私たちのプロトコルは安定した導入遺伝子の挿入を保証します。トランスフェクション効率の低さに対処するために、ポジティブトランスフェクション細胞の濃縮を実施し、約95%のCAR発現細胞を達成しました。しかし、これにより制作時間が~1週間に増えました。より短い生産時間が望ましい場合、トランスポゾンDNAをミニサークルとして送達することができ、これによりトランスフェクション効率を高めることができ、濃縮ステップ19の必要性を排除できる可能性がある。それにもかかわらず、細胞の回収と増殖を可能にするために、生産時間を<1週間に短縮することはできません。
侵襲性アスペルギルス症の急性の性質を考えると、「既製の」細胞療法は有益です。患者からの細胞の単離と初代細胞の増殖に関連する課題とコストにより、CAR-NK細胞産生に便利な細胞株としてNK-92の人気が高まっています20。NK-92細胞は一般に堅牢で、IL-2の存在下で急速に増殖するため、比較的短期間で大量の細胞の達成が容易になります。これらの利点を踏まえて、NK-92細胞を遺伝子操作するプロトコールを開発し、CAR-NK細胞産物を高純度で安全にトランスフェクションおよび調製することが可能であることを実証しました。このプロトコールは初代CAR-NK細胞の調製に適合させることができますが、いくつかの修飾を考慮する必要があります。これには、パルスの数と強度、使用されるDNAの量の最適化、および適切な増殖プロトコルの確立が含まれます。プロトコルに変更を加えると、有効性を確保するために徹底的な調査が必要になります。それにもかかわらず、私たちのプロトコルは、将来の実験で初代NK細胞に適応できる基本的なテンプレートを提供します。
要約すると、この革新的なトランスフェクションプロトコルは、安定したAf-CAR-NK細胞を産生するためのもので、他の疾患を標的とするために使用できる効率的で再現性のある方法です。さらに、さまざまな抗原を標的とする新規CARをスクリーニングするための費用対効果の高い方法として使用できる可能性があります。
M.H.:CAR技術に関連する特許出願および付与された特許に関する発明者で、一部は業界にライセンス供与されています。WürzburgのT-CURX GmbHの共同創設者兼株式所有者。スピーカーの謝礼:BMS、ヤンセン、カイト/ギリアド、ノバルティス。研究支援:BMS.M.B.は、製薬会社「イーライリリーとその会社」からの旅行支援を報告していますが、これはこの研究とは無関係です。他の著者には利益相反はありません。
このプロジェクトの資金と支援は、Wilhelm Sander Stiftung、プロジェクト2020.017.1からMHおよびJ.L.に提供されました。Deutsche Forschungsgemeinschaft (共同研究センター/Transregio 124 病原性真菌とそのヒト宿主: 相互作用ネットワーク-FungiNet; プロジェクト A8 から M.H. および H.E.).
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 15 MLコニカルボトムチューブ | Greiner Bio-One | 188271 | PP, 17/120 MM, CELLSTAR, STERILE |
| 50 MLコニカルボトムチューブ | Greiner Bio-One | 227270 | PP, 30/115 MM, CELLSTAR, STERILE |
| 6-and 96-Well- Cell Culture Plate | Corning Inc. LifeSciences | 83-3736/ 83-3474 | TC処理マルチウェルプレート、フラットボトム、最適な細胞接着処理、ガンマ線照射による滅菌、非発熱性 |
| 7-AAD (7-アミノアクチノマイシン D) | BD Biosciences | 559925 | フローサイトメトリーアッセイで非生存細胞を除外するための使いやすい核酸色素 |
| Alexa Fluor 647 抗ヒト EGFR 抗体 | Biolegend | 352918 | クローン AY13 |
| 抗ビオチン MicroBeads UltraPure | Miltenyi Biotec | 130-105-637 | モノクローナルマウス抗ビオチンに結合した UltraPure MicroBeads抗体 |
| Aspergillus fumigatus | ATCC | 46645 | |
| Biosphere Filter Tips (20 and 100 μL) | Sarstedt | 70.3030.365 / 70.3030.275 | |
| ダルベッコ′リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | Sigma-Aldrich | D8537 | 修飾、塩化カルシウムおよび塩化マグネシウムなし、液体、滅菌ろ過、細胞培養、エンドトキシン、テスト済み |
| ELISA MAXデラックスセットヒトIFN-&γ; | Biolegend | 430104 | |
| エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩溶液 (EDTA) | Sigma-Aldrich | E7889 | 分子生物学用, 0.5 H2O、DNase、RNase、NICKaseおよびプロテアーゼ中のM、検出なし、0.2 &μ;mがフィルタリングされました。 |
| FACSクリーン | BDバイオサイエンス | 340345 | |
| FACSフローシース液 | BDバイオサイエンス | 342003 | |
| FACSリンス液 | BDバイオサイエンス | 340346 | |
| ウシ胎児血清(FBS) | シグマ・アルドリッチ | F7524 | 滅菌ろ過済み、細胞培養に適した、使用前に不活性化 |
| ギブコ、MEM&α;、ヌクレオシド | サーモフィッシャー科学 | 22571020 | フェノールレッド、リボヌクレオシド、デオキシリボヌクレオシド、重炭酸ナトリウム |
| 血清 | サーモフィッシャー科学 | 16050122 | 滅菌ろ過、使用前に熱不活性化 |
| ヒトIL-2 IS、研究グレード | Miltenyi Biotec | 130-097-742 | 研究グレード。ED50は≤0.3 ng/mL、&geの活性に対応。3 ×106IU/mg。 |
| イオノマイシン | Sigma-Aldrich | I0634-1MG | 、サイトカイン分泌のポジティブコントロールとして使用 |
| L-グルタミン | Sigma-Aldrich | W368401 | 細胞培養用 |
| MACS LS カラム | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | コラムおよびプランジャー、滅菌パック |
| NK-92 | DSMZ | ACC 488 | |
| ネオンTransfektionssystem 100 μL-Kit | サーモフィッシャーサイエンティフィック | MPK10096 | 再懸濁バッファー R、電解バッファー E2、100 μL ネオンチップ、ネオンエレクトロポレーションチューブ |
| Phorbol-12-myristat-13-acetat (PMA) | Sigma-Aldrich | P1585-1MG | サイトカイン分泌のポジティブコントロールとして使用 |
| ポリスチレン丸底チューブ、 | フローサイトメトリーに使用される | BD Bioscience | S-452400 |
| チューブ、1.5 ML | Greiner Bio-One | 7,26,90,001 | PP、透明、キャップ付き、目盛り注入付き。使用前に滅菌してください。 |
| RPMI 1640 ミディアム、GlutaMAX | モフィッシャー サイエンティフィ | 72400021 | GlutaMAX I、 フェノールレッド、HEPES、滅菌ろ過 |
| TipOne 1000 μL XL 目盛り付きフィルターチップ | StarLab | S1122-1730 | |
| Equipment | |||
| BD FACSCalibur | BD Bioscience | ||
| CO2 インキュベーター C60 | Labotect | ||
| Heraeus Multifuge 3SR | Thermo Scientific | ||
| HydroFLEX マイクロプレートウォッシャー | Tecan | ||
| NanoQuant Infinite M200 Pro | Tecan | ||
| Neon Transfection System | Invitrogen | ||
| Pipettes | Eppendorf | ||
| Quadro MACSセパレーター | ミルテニーバイオテック |
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