여기에서는 저산소증 민감성 키메라 항원 수용체(CAR)-T 세포의 생성 및 기능 검증을 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜은 저산소증 민감성 CAR-T 세포의 렌티바이러스 기반 생성과 저산소증 의존성 CAR 발현 및 선택적 세포 독성의 검증을 포함한 특성 분석을 제시합니다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
방법 논문
* These authors contributed equally
여기에서는 저산소증 민감성 키메라 항원 수용체(CAR)-T 세포의 생성 및 기능 검증을 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜은 저산소증 민감성 CAR-T 세포의 렌티바이러스 기반 생성과 저산소증 의존성 CAR 발현 및 선택적 세포 독성의 검증을 포함한 특성 분석을 제시합니다.
광범위한 연구를 통해 혈액 악성 종양 치료에 있어 키메라 항원 수용체 T(CAR-T) 세포 치료의 가능성을 입증했습니다. 그러나 고형 종양의 치료는 여전히 어려운 과제이며, 이는 CAR-T 세포가 표적 항원을 발현하는 정상 세포를 공격할 때 발생하는 안전성 문제에서 알 수 있습니다. 연구자들은 CAR-T 세포 치료제의 종양 선택성을 향상시키기 위해 다양한 접근법을 탐구해 왔습니다. 이와 관련된 대표적인 전략 중 하나는 저산소증 민감성 CAR-T 세포의 구축으로, 이 세포는 산소 의존적 분해 도메인을 CAR 부분에 융합하여 설계되고 저산소 환경인 종양 미세환경(TME)에서만 높은 CAR 발현을 달성하도록 전략화됩니다. 이 논문은 이동식 인큐베이터 챔버에 의해 설정된 다양한 산소 농도에 대한 CAR 발현 및 사멸 능력의 변화를 분석하는 방법을 포함하여 이러한 CAR-T 세포의 생성 및 기능적 특성화를 위한 프로토콜을 제시합니다. 구축된 CAR-T 세포는 산소에 민감한 방식으로 CAR 발현 및 세포 독성을 입증할 것으로 예상되며, 이를 통해 선택적 활성화를 위해 저산소 TME와 정상 정상 조직을 구별할 수 있는 능력을 지원할 수 있습니다.
키메라 항원 수용체 T 세포(CAR-T) 치료는 암 치료에서 중요한 돌파구를 제시했습니다. 2017년 미국 식품의약국(FDA)이 진행성/저항성 림프종 및 급성 림프모구성 백혈병 치료를 위한 최초의 CAR-T 치료제를 승인한 이래 전 세계적으로 CD19 또는 B세포 성숙 항원(BCMA)을 표적으로 하는 CAR-T 치료제 1,2,3,10개가 승인을 받았다4. 그러나 광범위한 연구에도 불구하고 혈액 악성 종양 치료에서 CAR-T 요법의 놀라운 효능을 재현하는 것은 고형 종양에 적용하는 데 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다 5,6,7,8.
면역억제 종양미세환경(TME)은 고형 종양 환경에서 CAR-T의 낮은 효능에 대한 주요 원인입니다. TME는 영양소 부족, 저산소증, 산성 pH 및 대사 폐기물의 축적으로 인해 CAR-T 세포의 활동과 생존을 방해합니다 9,10,11,12. 추가적인 적대감은 조절 T 세포(Tregs), 골수 유래 억제 세포(MDSC) 및 종양 관련 대식세포(TAM)와 같은 면역 억제 세포에 침투하는 것에서 비롯되며, 이들은 종양 세포와 함께 CAR-T 세포가 종양에 진입할 때 추가적인 억제를 유발하는 면역 억제 사이토카인을 분비합니다13,14.
만족스럽지 못한 치료 효과 외에도, 안전성 문제는 고형 종양을 다룰 때 CAR-T 세포의 또 다른 아킬레스건이다15,16. 안전성에 대한 우려는 지금까지 확인된 종양 특이적 항원(TSA) 중 어느 것도 종양 세포에 엄격하게 국한되지 않는다는 사실에서 비롯됩니다. 즉, CAR의 표적으로 선택된 종양 관련 항원(tumor-associated antigens, TAA)은 종양 세포에서 더 높은 발현을 보이지만, 종종 정상 조직에서도 발현된다17. 따라서 CAR이 정상 조직을 효율적으로 인식할 때 CAR-T 세포가 예기치 않게 활성화되어 표적 이상, 종양 외 효과가 발생할 수 있으며, 이로 인해 사이토카인 방출 증후군(CRS), CAR-T 관련 뇌병증 증후군(CRES)18 및 기타 부작용이 발생할 수 있다19.
CAR-T 세포가 표적 TAA의 발현 수준에 따라 종양 세포를 정상 세포와 구별할 수 있도록 CAR의 친화도를 감소시키는 것을 포함하여 이러한 효과를 피하기 위해 많은 전략이 모색되었습니다. CAR-T 세포에 자살 유전자 또는 제거 마커와 같은 오프 스위치를 장착하여 예기치 않은 활성화 시 제거를 촉진합니다. CD3ζ 및 공동 자극 신호를 CAR-T 세포의 효과적인 활성화를 위해 동시 결합이 필요한 두 개의 CAR 부분으로 분할하는 단계; CAR-T 세포의 활성을 두 개의 서로 다른 TAA를 동시 발현하는 표적 세포로 제한하는 합성 노치(synNotch) 기반 회로를 이용하는 단계; 변화하는 환경 신호 20,21,22,23,24,25,26에 따라 CAR 발현을 조정하는 메커니즘을 구현하여 TME 감도를 달성하도록 CAR-T 세포를 엔지니어링합니다.
위에서 설명한 TME 민감도 옵션의 주요 고려 사항은 종양 세포의 급속한 증식으로 인한 TME의 낮은 산소 수준입니다. 저산소증에 대한 종양 세포의 적응은 유도성 소단위인 HIF-1α와 구성적으로 발현된 소단위인 HIF-1β로 구성된 이종이형성체 전사 인자인 저산소증 유발 인자-1(HIF-1)의 활성화에 달려있습니다. 정상 산소 조건에서 HIF-1α 단백질은 산소 의존 분해 도메인(ODD)28에 따라 유비퀴틴화(ubiquitination)와 급격한 프로테아솜 분해를 겪습니다. 세포의 산소 공급이 제한되면 HIF-1이 안정화되고 저산소증 반응 요소(HRE)29에 결합하여 다운스트림 표적 유전자의 전사를 활성화합니다. 산소에 민감한 요소로서의 ODD 및 HRE의 특성을 감안할 때, 저산소 TME30 내에서 CAR의 조건부 발현을 실현하기 위해 연구되었습니다. 여기에서는 저산소증에 민감한 CAR-T 세포의 표현형 및 기능적 특성 분석 방법에 초점을 맞춘 프로토콜을 제시하고, CAR 설계 및 이러한 세포의 준비 절차에 대한 간략한 설명을 제공합니다. 이 프로토콜은 저산소증 반응성 CAR을 활용하여 종양 외 독성이 억제된 CAR-T 세포를 생성하기 위한 유용한 지침을 제공하고자 합니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
이 연구에서는 HER2(유전자 ID: 2064)를 표적으로 하는 저산소증 민감성 CAR인 HER2-BBz-ODD를 일반 CAR2-BBz와 비교했습니다. 두 CAR의 개략도는 그림 1A에 나와 있으며, 이는 HER2-BBz-ODD가 ODD 시퀀스를 CD3ξ의 C-터미널에 추가하여 HER2-BBz에서 파생됨을 보여줍니다. 두 CAR을 발현하는 렌티바이러스 벡터의 구축과 293T 세포 transfection에 의한 해당 렌티바이러스의 생성은 이전에 설명되었습니다31.
1. 렌티바이러스 감염에 의한 저산소증 민감성 CAR-T 세포 생성
2. 유세포 분석을 이용한 CAR-T 세포의 산소 의존성 CAR 발현 평가
3. 웨스턴 블롯에 의한 CAR 변형 Jurkat T 세포의 CAR 발현의 산소 의존성 분석
4. 저산소증 민감성 CAR-T 세포에 의해 매개되는 세포독성의 산소 의존성에 대한 시험관 내 평가
×100 (1)5. 저산소증 민감성 CAR-T 세포에 의한 IL-2 및 IFN-γ 분비 검출
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
HIF-1α의 ODD 도메인을 CAR 부분에 융합하는 것은 저산소증에 민감한 CAR을 생성하기 위한 주요 전략입니다. 이 연구에서 분석된 저산소증 민감성 HER2 표적 CAR인 HER2-BBz-ODD는 ODD 염기서열을 기존 HER2-BBz에 통합하여 이 전략을 사용하여 구성되었습니다(그림 1A). 이 연구에서는 렌티바이러스 형질도입을 사용하여 HER2-BBz-ODD CAR 또는 HER2-BBz CAR을 발현한 후 인간 PBMC와 Jurkat T 세포의 두 가지 세포 유형에서 산소 민감도를 조사했습니다.
첫 번째 검사는 저산소 조건과 정상 산소 조건에서의 CAR 발현으로, 유세포 분석에 의한 CAR 형질도입 PBMC 유래 T 세포와 웨스턴 블로팅에 의한 CAR 형질도입 Jurkat T 세포 모두에서 수행되었습니다. CAR 형질도입된 PBMC 유래 T 세포의 설정에서, HER2-BBz-ODD CAR은 CAR 양성 세포의 비율과 ...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
안전성 문제는 모든 CAR-T 세포 치료제가 임상적으로 사용되기 위해 반드시 해결해야 하는 중요한 문제입니다. 종양 세포 또는 TME의 고유한 특성을 활용하는 것이 주요 연구 방향이 되었으며, 종양 조직을 선택적으로 표적으로 하는 CAR-T 세포 개발에 중점을 두고 있습니다. 저산소증에 민감한 CAR-T를 설계하는 것은 이 방향에서 매력적인 전략이며, 이 연구에서 제시된 CAR 부분을 자연적으로 발생하는 저산소증 감지 ODD 단백질 도메인과 융합하는 방법을 포함하여 여러 가지 접근 방식이 모색되고 있습니다. 대안적인 접근법은 CAR 발현을 유도하는 데 일반적으로 사용되는 구성적 프로모터를 이전 연구에서 가능성을 보여준 저산소증 반응 요소(HRE)로 대체하는 것입니다. HRE와 ODD 요소(보다 엄격한 발현 제어를 제공하는 와일드 타입 또는 엔지니어링 버전)를 결합하는 것이 저산소증 유발 CAR을 위한 최적의 설계를 나타낸다고 믿어집니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.
이 연구는 중국 국가 중점 연구 개발 프로그램(2016YFC1303402), 국가 주요 전염병 메가프로젝트(2017ZX10202102, 2017ZX10304402-002-007) 및 상하이시 위생건강위원회 일반 프로그램(201740194)의 보조금으로 지원되었습니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 1.5mL 원심분리기 튜브 | QSP | 509-GRD-Q | 상등액 및 세포 Cellection 프로토콜 단계 2,3,4 |
| 10% ExpressCast PAGE | NCM biotech | P2012 | Immunoblotting 프로토콜 Step 3 |
| 10x | PBS NCM 생명공학 | 20220812 | 세포 배양 프로토콜 Step 4 |
| 10mL 피펫 | Yueyibio | YB-25H | Pipetting 프로토콜 Step 1 |
| 10xTRIS-Glycine-SDS 전기영동 완충액 | 에피자임 | 3673020 | Immunoblotting 프로토콜 Step 3 |
| 15mL 원심분리기 튜브 | , Thermo Scientific | 339650 | 상등액 및 세포 cellection 프로토콜 Step 1 |
| 25cm2 EasYFlask | Thermo Scientific | 156367 | 세포 배양 프로토콜 Step 3,4 |
| 4x 단백질 SDS 페이지 로딩 버퍼 | Takara | 9173 | Immunoblotting 프로토콜 Step 3 |
| 6웰 평면 조직 배양 플레이트 | Thermo Scientific | 140675 | T 세포 배양 프로토콜 Step 1 |
| 96웰 검은색 평면 바닥 조직 배양 플레이트 | Greiner | 655090 | 세포 독성 분석 프로토콜 Step 4 |
| 96웰 ELISA 플레이트 | Corning | 3590 | ELISA 프로토콜 단계 5 |
| 96웰 플레이트 쉐이커 | QILINBEIER | MH-2 | 쉐이크 프로토콜 단계 4 |
| 96웰 U-하단 조직 배양 플레이트 | : Thermo Scientific | 268200 | 상층액 cellection 프로토콜 단계 4,5 |
| 항-FLAG 항체 | Sigma | F1804-50UG | Immunoblotting 프로토콜 3단계 |
| 카르비놀 | Sinopharm | 10010061 | Immunoblotting 프로토콜 Step 3 |
| 이산화탄소 인큐베이터 | Thermo Scientific | 360 | 세포 배양 프로토콜 Step 1,2,3,4 |
| 세포 계수판 | Hausser Scientific | 1492 | 세포 계수 프로토콜 Step 1,3,4 |
| CELLection Pan Mouse IgG Kit | Thermo Scientific | 11531D | Mouse IgG magnetic beads 프로토콜 Step 1 |
| 원심분리기 | Thermo Scientific | 75002432 | 세포 배양 프로토콜 Step 1,3,4 |
| Chemiluminescence gel imaging system | BIO-RAD | 12003154 | Immunoblotting 프로토콜 Step 3 |
| Cobalt chloride solution (0.5 M) | bioleaper | BR4000203 | 저산소 상태 프로토콜 Step 2,3,4 |
| DMEM | Corning | 10-103- CV | 세포 배양 프로토콜 단계 4 |
| 전자 저울 | Sartorius | PRACTUM612-1CN | 무게 프로토콜 단계 5 |
| FBS | BI | 04-001-1ACS | 세포 배양 프로토콜 단계 3,4 |
| GAPDH 마우스 mAb | ABclonal | AC002 | 면역 블로팅 프로토콜 단계 3 |
| 겔 전기 영동 장치 | BIO-RAD | 1645070 | Immunoblotting 프로토콜 단계 3 |
| GloMax Microplate Readers | Promega | GM3000 | 루시페라제 활성 측정 프로토콜 단계 4 |
| 염소 항-마우스 IgG (H+L) | Yeasen | P1126151 | 면역 블로팅 프로토콜 단계 3 |
| 고속 마이크로프리징 원심분리기 | eppendorf | 5810 R | 세포 배양 프로토콜 단계 1 |
| 인간 IFN-&감마; ELISA 세트 | BD | 555142 | ELISA 프로토콜 단계 5 항목: 재조합 인간 IFN-&감마; 동결 건조 표준, 검출 항체 비오틴 안티 인간 IFN-&감마; , 캡처 항체 정제 항 인간 IFN-&감마;, 효소 시약 Streptavidin-horseradish peroxidase conjugate (SAv-HRP) |
| Human IL-2 ELISA Set | BD | 555190 | ELISA 프로토콜 단계 5 항목 : 재조합 인간 IL-2 동결 건조 표준, 검출 항체 비오틴 항 인간 IL-2 , 캡처 항체 정제 항 인간 IL-2, 효소 시약 Streptavidin-horseradish peroxidase conjugate (SAv-HRP) |
| IL-15 | R& D 시스템 | P40933 | T 세포 배양 프로토콜 단계 |
| 1 IL-21 | 노보단백질 | GMP-CC45 | T 세포 배양 프로토콜 1단계 |
| IL-7 | R& D 시스템 | P13232 | T 세포 배양 프로토콜 단계 1 |
| 도립 현미경 | Olympus | CKX41 | 세포 배양 프로토콜 단계 1,3,4 |
| Jurkat | ATCC TIB-152 | CAR-Jurkat 구성 프로토콜 3단계 | |
| LSRFortessa | BD | LSRFortessa | 유세포 분석 프로토콜 2단계 |
| 루시페라제 분석 시스템 | Promega | E1501 | 루시페라제 리포터 분석 프로토콜 단계 4 항목: 수동 용해 버퍼, 반딧불이 루시페라제 기판 |
| 마이크로플레이트 리더 | BioTek | HTX | ELISA 프로토콜 단계 5 |
| 모바일 CO2/O2/N2 인큐베이터 챔버 | China Innovation Instrument Co., 주식 회사. | Smartor118 | 저산소 상태 프로토콜 단계 2, 3, 4 |
| 마우스 안티 헥사 히스티딘 태그 | 시그마 | SAB2702218 | 면역 블로팅 프로토콜 3단계 |
| NcmBlot Rapid Transfer Buffer | NCM 생명공학 | WB4600 | 면역 블로팅 |
| NcmECL 울트라 | NCM 생명공학 | P10300 | 면역블로팅 프로토콜 단계 3 항목: NcmECL 울트라 루미놀/인핸서 시약(A), NcmECL 울트라 안정화 과산화물 시약(B) |
| NovoNectin 코팅 48웰 평판 | Novoprotein | GMP-CH38 | CAR-T 세포 구조 프로토콜 단계 1 |
| OPD(o-phenylenediamine dihydrochloride) 정제 세트 | Sigma | P9187 | 기질 시약 프로토콜 단계 5 항목: OPD 정제(은박), 요소 과산화수소 정제(금박) |
| PE 접합 항-DYKDDDDK | Biolegend | 637310 | 유세포 분석 프로토콜 단계 2 |
| 프로타민 설페이트 | 시그마 | P3369-1OG | 렌티바이러스 감염 프로토콜 단계 1 |
| 단백질 마커 10 Kda-250 KDa | 에피자임 | WJ102 | 면역블로팅 프로토콜 단계 3 |
| Purifed NA/LE Mouse Anti-Human CD3 | BD | 566685 | T Cells 배양 프로토콜 Step 1 |
| 정제된 NA/LE Mouse Anti-Human CD28 | BD | 555725 | T 세포 배양 프로토콜 Step 1 |
| PVDF membrane | Millipore | 168627 | Immunoblotting Protocol Step 3 |
| RPMI 1640 | Corning | 10-040-CVRC | Cell culture Protocol Step 3 |
| 탈지 분유 | Yeasen | S9129060 | Immunoblotting 프로토콜 단계 3 |
| SKOV3-Luc | ATCC | HTB-77 | 세포 독성 분석 프로토콜 단계 4 |
| Trypsin-EDTA | NCM 생명공학 | C125C1 | 세포 배양 프로토콜 단계 4 |
| Tween 20 | Sinopharm | 30189328 | Immunoblotting 프로토콜 단계 3 |
| 수조 | keelrein | NB014467 | Heating 프로토콜 단계 1 |
| X-VIVO 15 | LONZA | 04-418Q | 무혈청 림프구 배양 배지 프로토콜 Step 1 |
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.