本プロトコルは、患者由来の腫瘍オルガノイドとキメラ抗原受容体T(CAR-T)細胞を用いて、CAR-T細胞の固形腫瘍細胞に対する特異的細胞傷害活性を評価する in vitro 共培養モデルを確立します。
本プロトコルは、患者由来の腫瘍オルガノイドとキメラ抗原受容体T(CAR-T)細胞を用いて、CAR-T細胞の固形腫瘍細胞に対する特異的細胞傷害活性を評価する in vitro 共培養モデルを確立します。
キメラ抗原受容体T(CAR-T)細胞療法は血液悪性腫瘍において臨床的には期待的な効果を達成していますが、固形腫瘍に対するCAR-T細胞療法はまださらなる開発が必要です。患者由来の腫瘍オルガノイドは、患者の異質性を保持する in vitro 疾患モデルであり、化学療法や標的薬剤の有効性と安全性の検証に用いられています。この方法は、腫瘍オルガノイドとCAR-T細胞を共培養する in vitro 有効性試験モデルを記述します。患者の大腸がんサンプルは、基底膜マトリックス内の三次元(3D)構造を持つ腫瘍オルガノイドに構成されます。腫瘍オルガノイドは安定的に成長し、連続的に通過可能です。成熟した腫瘍オルガノイドは洗浄と遠心分離によってマトリックスから分離され、CAR-T細胞は異なるエフェクター対標的(E:T)比で添加されて免疫オルガノイド共培養系を形成します。6〜24時間後、明視野イメージングでオルガノイドの形態や細胞間構造が観察されます。この実験はさらに共培養系における死細胞染色を行い、オルガノイドの生存可能性を反映し、CAR-T細胞が腫瘍オルガノイドに与える細胞毒性の評価に役立てます。この実験はCAR-T細胞と3D腫瘍オルガノイド間の相互作用を効果的に観察でき、その結果を用いてCAR-T細胞の腫瘍殺菌活性を評価することができます。
キメラ抗原受容体T(CAR-T)細胞療法は、血液悪性腫瘍の治療において顕著な臨床的成功を示しています。1.しかし、腫瘍の異質性や抗原喪失、腫瘍内の物理的・化学的障壁、免疫抑制性腫瘍微小環境など、いくつかの大きな障害により固形腫瘍への応用は限定的です。これらの課題が、固形腫瘍環境におけるCAR-T細胞療法の効果が限定的であることに寄与しています。
CAR-T細胞の有効性のin vitro評価は、前臨床開発において重要なステップです。最も一般的に使われているモデルは腫瘍細胞株であり、特定の腫瘍関連抗原を発現させるか、ルシフェラーゼ4,5のようなレポーター遺伝子を運ぶように改造されることがあります。そのため、従来の細胞株ベースのアッセイの結果は臨床結果を予測できないことが多いです。患者由来腫瘍モデルは、固形腫瘍の文脈でCAR-Tの機能をより正確に評価するための有望な代替手段を提供します。
いくつかの研究がPDTOをCAR-T細胞評価に利用し始めていますが、3D腫瘍構造の保存と免疫細胞-腫瘍細胞の効率的な相互作用を効果的にバランスさせる標準化され、堅牢かつアクセスしやすい共培養プロトコルの確立には依然として課題が残っています。患者由来腫瘍オルガノイド(PDTO)は、患者の腫瘍組織や細胞から生成される三次元(3D)生外疾患モデルです。PDTOは大腸がん、乳がん、膵臓がん、肺がんなど幅広い腫瘍タイプに対して成功裏に確立されています。これらの構造は、元の腫瘍6の組織学的構造、分子プロファイル、機能的異質性を保持しています。原発腫瘍細胞や患者由来異種移植(PDX)とともに、PDTOは患者特異的な疾患特徴をモデル化する貴重なプラットフォームを提供します7。従来の腫瘍細胞株や一次培養と比べて、PDTOは生体内腫瘍環境をより正確に再現し、複雑な細胞組成と構造構造を示します8。また、ゲノムの安定性を維持し、遺伝子発現パターンを長時間にわたって保持することで、治療反応のより正確な評価を可能にします 9,10。PDTOは腫瘍生物学、薬物スクリーニング、精密医療の研究で成功裏に利用されており、新規CAR標的の同定、CAR設計最適化、細胞毒性評価など免疫療法検査における有用性がますます高まっています。.オルガノイド培養の一般的な制約は、3D構造維持のためにマトリゲル(以下、基底膜マトリックス[BMM])などの細胞外マトリックス(ECM)成分に依存していることであり、これが共培養アッセイにおける免疫細胞浸潤を妨げることがあります。共培養における一貫性と最適な細胞相互作用を確保するため、通常は一定サイズ範囲(例:直径100〜200μm)内のオルガノイドが選ばれます。
本プロトコルは、大腸がん由来のPDTOを用いたCAR-T細胞毒性を評価する共培養プラットフォームを説明しています。患者の腫瘍サンプルは酵素解離され、BMMで培養されて3Dオルガノイドを生成します。成熟・増殖されたオルガノイドは単離され、蛍光標識されます。これらはマルチウェルプレートにシードされ、CAR-T細胞と異なるエフェクター対ターゲット(E:T)比で共培養されます。このアプローチの重要な特徴は、共培養前にBMMからPDTOを意図的に除去することで、CAR-T細胞が腫瘍オルガノイドに直接妨げられることなくアクセスしつつ、懸浮中の3D完全性を維持することです。24時間後、明視野顕微鏡により進行性のPDTO崩壊が明らかになり、3D形態の障害、腫瘍細胞の縮小、生存能力の喪失が特徴です。生細胞イメージングおよび蛍光顕微鏡は、蛍光標識されたCAR-T細胞と腫瘍標的との相互作用をさらに可視化します。定量的な細胞死アッセイは細胞毒性の評価に用いられます。このオルガノイドベースの免疫共培養は、CAR-T細胞 の抗腫瘍有効性を体外で評価するための堅牢かつ患者特異的なプラットフォームを提供し、治療の最適化と臨床翻訳の支援を可能にします。
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大腸がん患者由来のオルガノイドが使用されました。治療経験のない原発性大腸腺癌(CRC)患者から腫瘍組織断片を採取しました。すべての組織は深圳前海石口自由貿易区病院で標準診断手順中に採取した内視鏡生検標本から取得されました。すべてのドナー組織は、機関病理医による組織病理学的検査によりCRCと確認されました。このプロトコルは機関のガイドラインに従っています。すべての患者から書面によるインフォームド・コンセントを取得しました。この研究は深圳前海石口自由貿易区病院倫理委員会(2024KY-009-01K)によって承認されました。
1. PDTO文化
2. PDTOの構築
3. PDTOの通過
4. CAR-T細胞とPDTOの共培養
5. 死細胞染色
6. 画像取得
7. データ分析
8. CAR-T細胞の生成と特性評価
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大腸がんオルガノイドは内視鏡生検サンプルから成功裏に得られ(図1)、病理診断によって腫瘍の同定が確認されました(図2)。BMMで培養された腫瘍断片は24時間以内に3D構造を形成し始めました。第一世代オルガノイド(P0)は7日目から14日目の間に通過しました。オルガノイドは球状、嚢状、円形など多様な形態を示しました(図2A)。
蛍光イメージングシステムを用いてPDTOとCAR-T細胞間の相互作用を24時間の共培養期間にわたってモニタリングしました。腫瘍オルガノイドはHoechst 33342で標識され、CAR-T細胞はmCherryを発現しました。蛍光顕微鏡検査により、CAR-T細胞は6時間後にウェルの底部に均等に分布していることが示されました。24時間までに、CAR-T細胞は腫瘍オルガノイドの周囲に集まり始めました(
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本記事では、明視野イメージングと蛍光染色を組み合わせて、CAR-T細胞がPDTOsに与える細胞毒性の評価方法を提示し、オルガノイドの生存可能性を評価します。この二重モダリティアプローチにより、3Dモデルシステム上で腫瘍細胞死の堅牢な可視化が可能となり、CAR-T細胞毒性の半定量的評価を提供します。
このプロトコルの重要な要素は培地です。CAR-T細胞と腫瘍オルガノイドは異なる栄養要求を持つため、CAR-T細胞とオルガノイド培養培地の適合性が最初に評価されました。CAR-T細胞は、標準T細胞培地よりもオルガノイド培養培地で生存率と増殖能力をより効果的に維持しました(補足図1)。対照的に、オルガノイドはT細胞培地内で急速に生存能力と構造的完全性を失いました。したがって、オルガノイド培地を共培養基として選び、IL-2とβ-メルカプトエタノールを補足してT細胞活性化を促進しました。これらの付加は一般的にT細胞の増殖と機能向上に用いられます。
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著者たちは利益相反を一切認めていない。
この研究は、中国国家重点研究開発計画(2022YFC2304400、2022YFC2304401)、南山医療保健システムの科学技術プロジェクト(NSZD2024046、NS2024105)、深圳医療研究基金(D2401023)の支援を受けています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 15mLチューブ | セイニング | 3030100 | |
| 24ウェルプレート | コーニング | 3524 | |
| 50mLチューブ | セイニング | 3030000 | |
| 96ウェルプレート | コーニング | 3599 | |
| 高度なDMEM/F12 | ギブコ | C11330500BT | |
| アルク4/5/7阻害剤 | MCE | HY-10432 | |
| B27 | ギブコ | 17504044 | |
| バイオセーフティキャビネット(クラスII) | サーモ・フィッシャー | 該当なし | |
| 牛血清アルブミン | シグマ・オルドリッチ | A9056 | |
| 細胞培養皿 | バイオファイル | TCD010060 | |
| 遠心分離機 | エッペンドルフ | 5810R | |
| クリックズ・ミディアム | 富士映画 | 9195 | |
| CO2インキュベーター | 山田 | IP610 | |
| コラーゲンII | ソーラービオ | C8150 | |
| コラーゲナーゼIV | シグマ・オルドリッチ | C9407 | |
| 共焦点レーザー顕微鏡 | ツァイス | LSM900 | |
| 低温保存液 | ゼノアク | CELLBANKERTM2 | |
| 消化バッファー | 社内で調製された試薬 | 該当なし | 原稿に記載された構成 |
| デジタルシェーカー | ミウラブ | HS-25 | |
| 拡散タイプII | シグマ・オルドリッチ | D4693 | |
| DMEM | ギブコ | C11995500BT | |
| ダイナビーズ ヒトTアクチベーター CD3/CD28 | サーモ・フィッシャー | 11131D | |
| EGF | ペプロテック | AF-100-15-500UG | |
| 胎児用牛血清 | ギブコ | 1631389 | |
| ガストリン | GLPBIO | GA20228 | |
| ゲンタミシン/アンホテリチンB | ギブコ | R0151 | |
| グルタマックス | ギブコ | 35050061 | |
| ハンクスのバランスソルト溶液 | ギブコ | C14175500BT | |
| ヘペス | ギブコ | 15630080 | |
| ホエスト 33342 | ビヨタイム | C1027 | |
| ヒアルロニダーゼ | ソーラービオ | H8030 | |
| IL-15 | ペプロテック | 200-15-10UG | |
| IL-2 | ノボプロテイン | CK24-10 | |
| IL-7 | ペプロテック | 200-07-10UG | |
| イメージJ | NIH(オープンソース) | https://imagej.nih.gov/ij/ | |
| 逆 蛍光顕微鏡 | Mshot | MF52-N | |
| マトリゲル | コーニング | 356231 | |
| N2 | ギブコ | 17502048 | |
| n-アセチルシステイン | シグマ・オルドリッチ | A7250-5G | |
| ナイアシンアミド | シグマ・オルドリッチ | N0636-100G | |
| ノギン | ペプロテック | 120-10C-20 | |
| ノルモシン | インビボジェン | アント-NR-1 | |
| オルガノイド培養培地 | 社内で調製された試薬 | 該当なし | 原稿に記載された構成 |
| P38阻害剤 | MCE | HY-10295 | |
| ペニシリン・ストレプトミー | ギブコ | 15140122 | |
| プロスタグランジンE2 | MCE | HY-101952 | |
| ロー関連キナーゼ阻害剤 | 幹細胞 | 72304 | |
| RPMI 1640 | ハイクローン | SH30809.01B | |
| R-スポンディン1 | ペプロテック | 120-38-20UG | |
| S1ピペットフィラー | サーモ・サイエンティフィック | 9501 | |
| 血清学的ピペット | バイオファイル | GSP-010-050 | |
| シングルチャネルピペット | エッペンドルフ | 3123000063 | |
| シングルチャネルピペット | エッペンドルフ | 3123000055 | |
| シングルチャネルピペット | エッペンドルフ | 3123000098 | |
| シングルチャネルピペット | エッペンドルフ | 3123000022 | |
| 滅菌使い捨てメス | テック・S(技術・S) | SSD10 | |
| SYTOX グリーン | ビヨタイム | C1181S | |
| TexMACSミディアム | ミルテニ・バイオテック | 130-097-196 | |
| サーモスタットの水タンク | ブルーパード | BWS-10 | |
| トライパン・ブルー | フィゲネ | PH0519 | |
| TrypLEエクスプレス | ギブコ | 12605028 | |
| &β;-メルカプトエタノール | ギブコ | 21985023 | |
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