このプロトコルは、肝細胞がん(HCC)における全身免疫応答と局所免疫応答の両方を評価するための包括的なマスサイトメトリー(飛行時間型[CyTOF]によるサイトメトリー)分析法の概要を示しています。このアプローチは、HCCの免疫ランドスケープに関する洞察を提供し、腫瘍微小環境と関連する免疫メカニズムをより深く理解することを目的としています。
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方法論記事
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このプロトコルは、肝細胞がん(HCC)における全身免疫応答と局所免疫応答の両方を評価するための包括的なマスサイトメトリー(飛行時間型[CyTOF]によるサイトメトリー)分析法の概要を示しています。このアプローチは、HCCの免疫ランドスケープに関する洞察を提供し、腫瘍微小環境と関連する免疫メカニズムをより深く理解することを目的としています。
肝細胞がん(HCC)は、世界で最も一般的で致命的な肝臓がんの1つです。治療の進歩にもかかわらず、HCC患者の予後は、その進行を促進する遺伝的、環境的、および免疫学的要因の複雑な相互作用のために、依然として不良です。HCCの免疫状況を理解することは、特に患者の転帰を改善することが大きな期待が寄せられている免疫療法の分野で、効果的な治療法を開発するために非常に重要です。この研究では、マスサイトメトリー (Time-of-Flight [CyTOF] によるサイトメトリー) 技術を使用して、HCC 患者の全身免疫応答と局所免疫応答の両方を調査します。末梢血と腫瘍のサンプルを分析することにより、この研究は、HCCの進行に関連するユニークな免疫細胞集団とそれらの機能状態を特定することを目的としています。この知見は、HCCの免疫状況を包括的に概観し、潜在的なバイオマーカーと治療標的を強調しています。このアプローチは、HCCの根底にある免疫メカニズムに関する貴重な洞察を提供し、この悪性腫瘍に対するより効果的な免疫療法の開発への道を開きます。
肝細胞がん(HCC)は、最も一般的な原発性肝がんであり、その高い発生率と死亡率により、世界的に重大な健康問題となっています1。世界保健機関(WHO)によると、HCCは世界で5番目に多いがんであり、がん関連死の原因として2番目に多いとされています2。特に、東アジアやサハラ以南のアフリカなど、慢性B型肝炎およびC型肝炎の感染率が高い地域で蔓延しています3。主な危険因子には、ウイルス性肝炎、肝硬変、メタボリックシンドロームなどがあります4。HCCは長期にわたる治療を必要とし、身体的および財政的に大きな負担を強い、効果的な予防、早期発見、革新的な治療戦略の必要性を強調しています5。
免疫系はHCCの発症に重要な役割を果たします。肝臓は免疫活性な臓器であり、肝臓に常在するマクロファージ、ナチュラルキラー(NK)細胞、T細胞などの免疫細胞が豊富に存在し、異常細胞のモニタリングや排除に不可欠です6。しかし、HCCは、免疫抑制分子を発現し、免疫抑制細胞を動員し、腫瘍微小環境を変化させることにより、免疫監視を回避することができる7,8。この免疫回避は、腫瘍の成長と転移を促進するだけでなく、免疫療法への反応にも影響を与えます9,10。
腫瘍微小環境における全身性および局所的な免疫応答は、がんの進行と治療結果に影響を与える重要な要因です。全身性免疫応答には、末梢T細胞、NK細胞、全身の腫瘍細胞を標的とすることができる単球など、離れた腫瘍細胞を認識して攻撃できる循環免疫細胞が含まれます。局所免疫応答は、腫瘍浸潤リンパ球(TIL)、腫瘍関連マクロファージ(TAM)、制御性T細胞(Treg)など、腫瘍微小環境内の免疫細胞活性に焦点を当てています。TILはしばしば腫瘍細胞に対して細胞傷害性効果を発揮するが、TAMおよびTregは通常、腫瘍増殖を支える免疫抑制環境に寄与する11,12。腫瘍細胞と間質細胞は、腫瘍の微小環境を再形成して免疫抑制を促進し、免疫監視を回避することができます。全身免疫応答と局所免疫応答との間の相互作用は、抗腫瘍免疫の全体的な有効性を決定する11。この相互作用を理解することは、より効果的な免疫療法戦略の開発に役立ちます。
従来のフローサイトメトリーや免疫組織化学は、免疫学研究で広く使用されていますが、複雑な免疫ランドスケープの解析には大きな限界があり、包括的で高次元な解析を行うことができませんでした。フローサイトメトリーは、シングルセルレベルでの表面マーカーと機能マーカーの検出に非常に効果的です。しかし、同時マルチマーカー解析の能力は制限されており、スペクトルのオーバーラップや、使用できる蛍光タグの数に対する現実的な制約によってしばしば制限される13,14。一方、免疫組織化学は、特定のマーカーの組織状況に関する貴重な洞察を提供しますが、分析可能なマーカーの数が限られていることや、頑健で定量的な高次元評価を達成することの本質的な困難さによって同様に妨げられています15。
複雑な免疫環境を効果的に特徴付けるには、マスサイトメトリー(Time-of-Flight(CyTOF)によるサイトメトリー)のような高次元の技術が不可欠です。マスサイトメトリーは、質量分析を用いて単一細胞内の複数のタンパク質マーカーを解析する先進技術です。これにより、従来のフローサイトメトリー16で見られたスペクトルの重複の問題なしに、個々の細胞のマルチパラメトリック解析が可能になります。金属タグ付き抗体を用いることで、数十のマーカーを同時に測定することができ、細胞の表現型や機能を包括的かつ偏りなく観察することができます17。例えば、Gadallaらは、末梢血単核細胞(PBMC)および腫瘍組織の解析のために40以上のパラメータを有するCyTOFパネルを開発し、高次元の免疫表現型決定におけるその利点を実証した18。従来のフローサイトメトリーでは、検出可能なパラメータの数が限られていたため、ユニークな表現型を示すこれらの希少な細胞集団を同定することができませんでした。対照的に、マスサイトメトリーでは、これらの細胞の機能状態を包括的に評価することができ、より詳細で堅牢な特性評価が可能になりました。Behbehaniらは、骨髄異形成症候群(MDS)患者の骨髄サンプルを解析するためにマスサイトメトリーを利用し、まれな異常な造血前駆細胞を同定し、特徴付けることに成功しました18。40を超える表面マーカーおよび細胞内マーカーを同時に検出するマスサイトメトリーの能力は、これらの低頻度の細胞サブセットの検出を有意に強化した19。これらの能力は、従来の限界を克服し、免疫ランドスケープに関するより深い洞察を提供し、免疫学と治療法開発の進歩を促進します。細胞の表現型と機能をシングルセルレベルで包括的にプロファイリングする能力は、免疫学的プロセスの理解を大きく前進させ、標的療法の開発に役立ちます。
マスサイトメトリーは、複数のタンパク質マーカーを同時に検出することにより、HCCの全身および局所免疫細胞集団に関する包括的な洞察を提供します。この技術により、腫瘍微小環境中のエフェクターT細胞、制御性T細胞(Treg)、消耗T細胞など、さまざまな種類のT細胞を区別し、腫瘍の進行におけるそれらの特異的な役割を解明することができます。マスサイトメトリーを利用することで、研究者はHCCの予後に関連する免疫マーカーを特定できます20。例えば、Programmed Cell Death Protein 1(PD-1)の発現が高いT細胞サブセットは、免疫チェックポイント阻害剤に対する患者の反応の予測因子として役立つことができる21。さらに、特定の免疫抑制分子を同定することで新たな治療標的の発見を促進し、個別化治療戦略の基盤を提供します。このテクノロジーは、複数のマーカーを検出する能力と単一細胞の分解能により、新規治療標的の発見や併用免疫療法の設計に特に有利です。この先進的なアプローチは、免疫の状況を詳細に理解し、カスタマイズされた治療介入の開発を可能にすることで、HCC患者の治療転帰を改善する大きな可能性を秘めています。
この研究は、質量サイトメトリーを利用して、HCC患者の全身および局所免疫細胞プロファイルを分析することを目的としています。その目的は、免疫細胞集団を特徴付け、これらの特性を臨床転帰や治療反応と相関させ、HCCの予後に関連する特定の免疫マーカーと細胞サブセットを特定することです。本研究では、治療応答における様々な免疫細胞の役割を解明することで、個別化治療戦略の基盤を提供することを目指しています。この知見は、既存の免疫療法を最適化し、新しい治療法を開発するための貴重な洞察を提供し、最終的にはHCC患者の全生存期間と生活の質を向上させることを目指すと期待されています。
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血液およびHCCサンプルの収集、末梢血単核細胞(PBMC)の単離、単一細胞解離、および染色のステップを次の計画に概説します。実験試薬と材料はすべて材料表に記載されています。すべての実験は、浙江大学医学部第一関連病院の倫理委員会の承認を得て実施され、腫瘍サンプルの収集が病理学的診断を妨げないことを確認しました。書面によるインフォームドコンセントは、すべての被験者から得られました。
1. PBMCの分離
2. 腫瘍組織細胞の単離
注:腫瘍組織細胞の単離方法は、Songら22から採用されました。
3. シスプラチン染色
4. Fc受容体の遮断
5. 膜タンパク質抗体のインキュベーション
6. 核タンパク質染色
7. 細胞固定
8. 核インターカレーション染色
9. 細胞懸濁液の調製
10. マスサイトメトリーとデータ解析
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HCCに関連する免疫学的特徴を解明するために、免疫細胞集団の包括的な分析が行われました。PBMCとHCC組織サンプルのペアをHCC患者4人から採取した。PBMCとHCC組織サンプルの両方について2つの抗体パネルを使用して、免疫細胞集団をシングルセルプロテオミクスレベルで調べるために、マスサイトメトリープロファイリングを行いました。
品質管理後、45,326個の細胞をマスサイトメトリー解析に含めました。PhenoGraphクラスタリングアルゴリズムは、t-SNEと組み合わせて、2次元グラフを生成し、細胞を異なる表現型に分割するために採用されました。主要な免疫細胞サブセットは、CD3(T細胞)、CD4(CD4+ T細胞)、CD8(CD8+ T細胞)、CD56(NK細胞)、CD19(B細胞)、CD14(単球)などの系統マーカーに基づいて同定された<...
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この研究では、マスサイトメトリー技術を活用して、HCCの全身免疫応答と局所免疫応答の両方を詳細に分析します。この文脈でのマスサイトメトリーの適用により、単一細胞レベルでの複数のマーカーの同時検出が可能になり、HCCの複雑な免疫状況を理解するために重要な詳細な免疫表現型の特性評価が可能になります。マスサイトメトリーは、高次元のシングルセル解析を容易にすることで、免疫学的研究に革命をもたらしました。この手法では、抗体に結合したレアメタル同位体タグを採用しているため、1回のランで40以上のパラメータを同時に測定することができます。この能力は、腫瘍微小環境(TME)が高度の細胞不均一性と複雑な免疫相互作用を特徴とするHCCの研究において特に有利である18,29。
従来のフローサイトメトリーに対するマスサイトメトリーの大きな利点の1つは、マルチプレックス化機能の向上です。従来のフローサイトメトリーでは、蛍光マ...
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著者は、利益相反がないことを宣言します。
本研究は、National Key Research and Development Program of China(J.S.へのgrant 2019YFA0803000)、The Excellent Youth Foundation of Zhejiang Scientific(J.S.へのgrant R22H1610037)、National Natural Science Foundation of China(J.S.へのgrant 82173078)、The Natural Science Foundation of Zhejiang Province(J.S.へのgrant 2022C03037)の支援を受けて行われました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1×PBS | HyClone | SH30256.01 | |
| 10×PBS | HyClone | SH30256.01 | |
| 100 mm×20 mm tissue-culture-treated culture dish | Corning | 430167 | |
| 1000 mL pipette tips | Rainin | 30389218 | |
| 15 mL centrifuge tube | NEST | 601052 | |
| 200 mL pipette tips | Rainin | 30389241 | |
| 40 mm nylon cell strainer/70-mm nylon cell strainer | Falcon | 352340 | |
| 50 mL centrifuge tube | NEST | 602052 | |
| 70 μm syringe fifilter | Sangon Biotech | F613462-9001 | |
| Anti-Human CCR2 Antibody (clone: K036C2) | BioLegend | 357224 | |
| Anti-Human CCR3 Antibody (clone: 5E8) | BioLegend | 310724 | |
| Anti-Human CCR7 Antibody (clone: G043H7) | BioLegend | 353240 | |
| Anti-Human CD103 Antibody (clone: Ber-ACT8) | BioLegend | 350202 | |
| Anti-Human CD115 Antibody (clone: 9-4D2-1E4) | BioLegend | 347314 | |
| Anti-Human CD117 Antibody (clone: 104D2) | BioLegend | 313201 | |
| Anti-human CD11b Antibody (clone: 1CRF44) | BD | 562721 | |
| Anti-human CD11c Antibody (clone: B-ly6) | BD | 563026 | |
| Anti-Human CD123 Antibody (clone: 6H6) | BioLegend | 306002 | |
| Anti-Human CD127 Antibody (clone: A019D5) | BioLegend | 351337 | |
| Anti-Human CD13 Antibody (clone: WM19) | BioLegend | 301701 | |
| Anti-Human CD138 Antibody (clone: MI15) | BioLegend | 356535 | |
| Anti-human CD14 Antibody (clone: HCD14) | BioLegend | 325604 | |
| Anti-Human CD141 Antibody (clone: M80) | BioLegend | 344102 | |
| Anti-Human CD15 Antibody (clone: QA19A61) | BioLegend | 376302 | |
| Anti-human CD16 Antibody (clone: B7311) | BD | 561313 | |
| Anti-Human CD161 Antibody (clone: HP-3G10) | BioLegend | 339902 | |
| Anti-Human CD163 Antibody (clone: GHI/61) | BioLegend | 333603 | |
| Anti-Human CD169 Antibody (clone: 7-239) | BioLegend | 346002 | |
| Anti-human CD19 Antibody (clone: HIB19) | BioLegend | 302226 | |
| Anti-Human CD1c Antibody (clone: L161) | BioLegend | 331501 | |
| Anti-Human CD20 Antibody (clone: 2H7) | BioLegend | 302301 | |
| Anti-Human CD206 Antibody (clone: 15-2) | BioLegend | 321151 | |
| Anti-Human CD24 Antibody (clone: ML5) | BioLegend | 311129 | |
| Anti-Human CD25 Antibody (clone: BC96) | BioLegend | 302624 | |
| Anti-human CD3 Antibody (clone: UCHT1) | BD | 555916 | |
| Anti-Human CD31 Antibody (clone: W18200D) | BioLegend | 375902 | |
| Anti-Human CD32 Antibody (clone: FUN-2) | BioLegend | 303232 | |
| Anti-Human CD326 Antibody (clone: CO17-1A) | BioLegend | 369812 | |
| Anti-Human CD33 Antibody (clone: WM53) | BioLegend | 303402 | |
| Anti-human CD4 Antibody (clone: L200) | BD | 563094 | |
| Anti-Human CD45 Antibody (clone: HI30) | BD | 563716 | |
| Anti-Human CD45RO Antibody (clone: UCHL1) | BioLegend | 304220 | |
| Anti-human CD56 Antibody (clone: 5.1H11) | BioLegend | 362510 | |
| Anti-Human CD64 Antibody (clone: S18012C) | BioLegend | 399502 | |
| Anti-Human CD66b Antibody (clone: 6/40c) | BioLegend | 392917 | |
| Anti-human CD68 Antibody (clone: Y1/82A) | BioLegend | 333808 | |
| Anti-Human CD69 Antibody (clone: FN50) | BioLegend | 310902 | |
| Anti-Human CD7 Antibody (clone: 4H9/CD7) | BioLegend | 395602 | |
| Anti-human CD8 Antibody (clone: RPA-T8) | BD | 557750 | |
| Anti-Human CD80 Antibody (clone: W17149D) | BioLegend | 375402 | |
| Anti-Human CD86 Antibody (clone: BU63) | BioLegend | 374202 | |
| Anti-Human FOXP3 Antibody (clone: 206D) | BioLegend | 320101 | |
| Anti-Human HLA_ABC Antibody (clone: W6/32) | BioLegend | 311426 | |
| Anti-human HLA-DR Antibody (clone: L243) | BioLegend | 307650 | |
| Anti-Human IgD Antibody (clone: IA6-2) | BioLegend | 348211 | |
| Anti-Human Ki67 Antibody (clone: Ki-67) | BioLegend | 350501 | |
| Anti-Human PD_L2 Antibody (clone: MH22B2) | BD | 567783 | |
| Anti-Human PD1 Antibody (clone: EH12.2H7) | BioLegend | 329951 | |
| Anti-Human PDL1 Antibody (clone: MIH2) | BioLegend | 393602 | |
| Anti-human TCR-γδ Antibody (clone: B1) | BD | 74 |
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