이 프로토콜은 임피던스 기반 실시간 분석법을 제시하여 만성 항원 자극 하에서 CAR T 세포의 연쇄 살해 능력과 지속성을 정량화하며, 비용 효율적인 재사용을 위한 플레이트 세척 방법을 포함합니다.
방법 논문
이 프로토콜은 임피던스 기반 실시간 분석법을 제시하여 만성 항원 자극 하에서 CAR T 세포의 연쇄 살해 능력과 지속성을 정량화하며, 비용 효율적인 재사용을 위한 플레이트 세척 방법을 포함합니다.
키메라 항원 수용체(CAR) 세포 치료는 특정 혈액학적 악성 종양 치료에 혁신을 가져왔습니다. 하지만 상당수의 환자들은 항원 손실, 항원 하향 조절, 또는 T 세포 소진으로 인해 재발을 경험합니다. 이러한 도전 과제는 만성 항원 자극 하에서 CAR T 세포의 살상 능력과 지속력을 평가할 수 있는 기능적 분석법의 필요성을 강조합니다. 연쇄 살인 검사는 CAR T 세포가 종양 표적을 반복적으로 제거하는 능력을 측정하여 CAR T 세포 반응의 내구성과 효능에 대한 귀중한 통찰을 제공합니다.
여기서는 실시간 세포 분석(RTCA) 시스템을 이용한 임피던스 기반 분석법을 제시하여 시험관 내 CAR T 세포 매개 연쇄 살인을 정량화합니다. 종양 세포는 반복적으로 시딩되고 분석별 E-플레이트에 부착된 후 정의된 이펙터-표적(E:T) 비율로 CAR T 세포를 첨가합니다. 이 플랫폼은 표지 없이 종양 세포의 생존력을 지속적으로 모니터링하며, 높은 시간 해상도로 동적 세포독성을 포착합니다. 핵심 수치에는 세포 지수(CI) 반응학, 종양-세포 사망률, 표적까지의 시간 클리어런스가 포함됩니다. 반복적인 종양-표적 접촉 시 관찰되는 점진적인 살상 능력 감소는 획득성 CAR T 세포 기능 장애, 흔히 T 세포 고갈(T cell exhaustion)의 지표로 작용합니다. 이 지표들은 다양한 E:T 비율에서 CAR T 세포 기능을 정밀하게 평가할 수 있게 하며, 시간에 따른 다양한 CAR T 세포 구성 또는 공동 처리법 간 직접 비교를 가능하게 합니다.
비용 효율성을 높이기 위해 우리는 분석 성능이나 데이터 무결성을 저해하지 않으면서 분석 E-플레이트를 재사용할 수 있는 플레이트 세척 절차를 개발했습니다. 최적화된 워크플로우는 분석 비용을 줄이면서 분석의 견고성을 유지합니다. 이 접근법은 CAR T 세포 기능의 저렴하고 확장 가능한 전임상 평가를 가능하게 하여 세포 치료 설계의 개선을 촉진합니다.
키메라 항원 수용체(CAR) T 세포 치료는 만성 림프구 백혈병, 급성 림프구성 백혈병, 대B세포 림프종, 다발성 골수종 1,2,3,4,5 등 다중 혈액 악성 종양에서 놀라운 임상적 성공을 거두며 암 면역치료에 혁신을 가져왔습니다. 최초 규제 승인 이후, CAR T 세포 제품과 치료 환자 수는 꾸준히 증가해 왔습니다. 특정 제품과 임상 적응증에 따라 일반적인 주입 용량은 환자당 약 2× 106에서 5× 108CAR+ T 세포 사이입니다. 고용량 주입은 효과적인 종양 제거와 장기 질환 통제를 위해 필요하지만, 임상적·실질적 도전 과제가 있습니다. 세포 수가 많으면 사이토카인 방출 증후군(CRS)과 면역 효과 세포 관련 신경독성 증후군(ICANS)과 같은 심각한 부작용 위험이 증가할 수 있으며, 이 두 증후군 모두 용량 의존적일 수 있습니다8. 또한, 전처리가 많이 되거나 림프구가 고갈된 환자에서 충분한 수의 기능성 CAR T 세포를 제조하는 것은 어렵고, 이 과정은 치료 센터에 있어 물류적으로 까다롭고 비용이 많이 들 수있습니다.
이러한 도전에도 불구하고, CD19 표적 CAR T 세포 치료법은 재발 또는 불응성 B세포 악성 환자에서 70%-90%의 완전 관해율을 달성하며, 이는 혁신적인 임상적 효과를 입증했습니다 10,11,12. 그러나 CAR T 세포 치료는 장기적인 효능을 제한하는 관련 과제에 직면해 있습니다. 주요 장애물로는 항원 손실 또는 하향 조절, CAR T 세포 지속력 부족, 기능 소진9. 증식 능력 저하, 항종양 활성 저하, 지속 능력 저하가 특징인 CAR T 세포 소진은 비반응과 재발의 중요한 원인입니다13. 소진된 CAR T 세포는 효과기 기능 저하, 억제성 수용체의 지속적인 발현, 만성 항원 노출과 면역억제성 종양 미세환경으로 인한 사이토카인 생성 결함을 보입니다14. 임상 연구들은 기능적 CAR T 세포 지속성 상실이 재발 위험 증가와 연관됨을 입증했습니다 11,15,16,17. 장기간 생체 내 활성이 치료 성공의 주요 예측 변수로 보이기 때문에, CAR T 세포 제품의 내구성과 지속적인 살상 능력을 이해하는 것은 전임상 및 중개 연구 모두에서 중요한 목표입니다. 특히 CAR T 세포가 장기간에 걸쳐 종양 세포를 반복적으로 인식하고 용해하는 능력, 즉 '연쇄 살인'이라는 점이 주목되며, 이 특성은 지속성과 소진에 대한 저항성을 기능적으로 측정할 수 있게 합니다18.
이 글은 xCELLigence 실시간 셀 분석(RTCA) 임피던스 플랫폼을 사용하여 연쇄 킬링 분석법을 수행하는 상세한 프로토콜을 제공하며, 선택적 세척 절차를 포함하여 분석판(E-플레이트라고도 함)을 재사용할 수 있게 하여 비용 효율성을 높이면서도 분석 성능을 저해하지 않습니다. 이러한 프로토콜 개발의 근거는 기존 세포독성 검사의 한계에서 비롯되며, 기존 세포독성 검사는 일반적으로 정적인 엔드포인트 측정만 제공합니다. 크롬-51 방출, 락테이트 탈수소효소(LDH) 분석법, 또는 유세포분석 기반 생존 가능성 검사와 같은 일반적인 접근법은 라벨이 필요하고, 노동 집약적인 워크플로우를 수반하며, 정의된 시점에 한정됩니다18,19. 더 중요한 점은, 장시간 자극이나 여러 차례의 항원 노출에 따른 동적 살상 동역학을 쉽게 포착할 수 없다는 점인데, 이는 CAR T 세포의 지속 및 기능 소진과 직접적으로 연관된 상황이다18.
xCELLigence RTCA 플랫폼은 전기 임피던스20을 통해 표적 세포 생존성에 대한 라벨 없는 실시간 동적 모니터링을 제공하여 이러한 공백을 해결합니다. 부착성 종양 표적 세포는 금 마이크로전극 코팅된 E-플레이트에 시딩되며, 이들의 부착과 증식으로 측정된 임피던스가 증가하여 세포 지수(CI)21로 보고됩니다. CAR T 매개 사살 시 표적 세포가 죽어 분리되어 임피던스20이 급격히 감소합니다. 이 실시간 판독은 추가 라벨이나 시약 없이도 몇 시간 또는 며칠에 걸쳐 세포독성을 지속적으로 평가할 수 있게 합니다22. CAR T 셀은 비부착 상태이므로 임피던스 신호에 기여하지 않아 효과기와 표적 판독을 깔끔하게 분리할 수 있습니다23. 데이터가 지속적으로 기록되기 때문에, 연구자들은 CAR T 세포를 반복적으로 전달하고 신선한 종양 표적 세포에 노출시키는 다중 자극 프로토콜을 수행하여, 살상 능력이 시간에 따라 어떻게 변화하는지 직접 측정할 수 있습니다24. 이는 CAR T 세포가 생체 내에서 반복적으로 겪는 항원 접촉을 모방하며, 세포독성 능력을 기능적으로 측정합니다.
이 임피던스 기반 연쇄 살인 분석법은 전임상 환경에서 CAR T 세포 기능을 평가하는 연구자, 즉 구성 요소 최적화, 기능 비교, 효능 검사 등에 이상적입니다. 이 프로토콜은 xCELLigence RTCA 시스템과 E-Plate 96의 사용이 필요합니다. 부착 종양 모델에 널리 적용 가능하지만, 고정 또는 고정 전략이 없는 현탁 배양에는 직접적으로 적합하지 않습니다. 임피던스 측정만으로는 표적세포 부착과 생존 가능성만을 반영하므로, CAR T 세포의 활성화, 증식 및 소진 역학을 완전히 특성화하기 위해 유세포분석이나 사이토카인 분석과 같은 보완 분석이 권장됩니다. 프로토콜에는 추가 측정을 위해 세포와 상액을 채취할 수 있는 지정된 단계가 포함되어 있어 CAR T 세포 기능을 보다 포괄적으로 평가할 수 있습니다.
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참고: 이 프로토콜은 E-Plate 96에 최적화되었으며 xCELLigence RTCA 시스템이 필요합니다. 부착성 종양 세포는 CAR T 세포 추가 시점에 로그 성장기에 도달하도록 밤새 시딩됩니다. 종양 세포주와 씨앗 밀도에 따라 이 간격은 6-9시간으로 단축되어 당일 효과자 추가가 가능할 수 있습니다. 후자의 워크플로우가 수행되면 프로토콜에 명시된 일별 일정이 변경되므로, 사용자는 이에 맞게 일정을 조정해야 합니다. 공동 배양은 CAR T 세포가 새로 도판된 종양 세포로 옮기기 전 48시간 동안 유지되며, xCELLigence 기기에서 두 개의 판 위치를 수행하고 종양 세포 플레이트와 이펙터 추가를 격일로 번갈아 가며 진행합니다. CAR T 세포는 기관의 표준 절차(SOP)나 확립된 프로토콜에 따라 생성되어야 합니다. 간단히 말해, 말초혈액 T 세포는 승인된 윤리 기준에 따라 분리되고, 적절한 생체 안전성 조건에서 전도되며, 유세포 측정법 또는 동등한 QC 분석으로 전도 효율과 생존 가능성을 평가합니다. CAR 전이 효율이 20% 미만일 때는 xCELLigence 검사를 수행해서는 안 되며, 효율이 낮으면 미형질 세포에 의한 배경 및 비특이적 죽음이 증가하여 종양 성장 곡선이 왜곡될 수 있습니다. 모든 셀 취급은 층류 후드의 무균 환경에서 수행되어야 합니다. 매체는 실험실 기준에 맞거나 공급업체가 권장하는 대로 사용할 수 있습니다. 별도의 명시가 없는 한, 세포는 5% CO₂를 함유한 습기 환경에서 37°C에서 배양합니다. CAR T 세포에 최적화되어 있지만, 이 방법은 다른 현탁 기반 효과기 세포와 부착 표적에도 적용할 수 있습니다.
1. 준비 및 블랭킹 (1일차)
2. 1라운드: 종양 세포 시딩 (1일차)
3. 1라운드 : CAR T 세포 치료 (2일차)
4. 2라운드 : 종양 세포 시드 (3일차)
5. 2라운드 : CAR T 세포를 두 번째 E-플레이트로 이식 (4일차)
6. 연쇄살인 분석 연속 (5일째부터 10일차 이후)
7. 데이터 수집 및 E-플레이트 취급
8. 선택 사항: 재사용 가능한 전자 플레이트 세척
참고: 이 선택적 단계는 실험 비용을 줄이기 위해 xCELLigence E-플레이트를 재사용할 수 있게 해줍니다. 재사용은 실험 전반에 걸쳐 E-플레이트의 전기적 특성이 안정적으로 유지되고 개별 우물이 허용 가능한 기준선 범위 내에 들어갈 때만 권장됩니다. 특히 수산화나트륨(NaOH)을 다룰 때는 모든 안전 절차를 준수하세요. 세척 후 전극의 전위 결함을 감지하기 위해 E-플레이트를 육안으로 점검하세요.
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프로토콜의 성공 시 종양 세포 생존력과 CAR T 세포 세포독성을 시간에 따라 반영하는 재현 가능한 임피던스 기반 측정값을 얻을 수 있습니다. 상용 RTCA 시스템을 사용하여 세포 성장과 세포독성을 평가하였습니다. 데이터는 정규화 셀 지수(NCI)로 표현되었으며, 각 시점의 CI를 선택한 정규화 시점의 CI로 나누어 계산했습니다. 정규화 시간은 이펙터 셀 추가되기 직전에 설정됩니다. 클리어런스 시간은 이펙터 추가 후 NCI가 0이 될 때까지의 간격으로 정의됩니다. NCI는 RTCA 소프트웨어로 계산되며, GraphPad Prism과 같은 통계 소프트웨어를 사용해 살균률과 제거 시간 등 추가 분석을 위해 내보낼 수 있습니다. 세포독성 반응 반응을 시각화하기 위해 대표적인 NCI 곡선을 생성하였습니다. 계산 원리에 대한 자세한 내용은 다른곳에서 확인할 수 있습니다.
대표적인 실험에서, 2세대 CAR과 추가 키메라 사이토카인 수용체(CCR)를...
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이 프로토콜은 xCELLigence RTCA 플랫폼을 사용하여 여러 차례 항원 노출 과정에서 CAR T 세포 매개 세포독성을 평가하는 방법을 설명합니다. 임피던스를 통한 종양 세포 생존 가능성의 종단적 측정을 가능하게 함으로써, 이 접근법은 반복적인 세포독성 반응(연쇄 살인)을 라벨 없이 연속적인 형식으로 포착합니다. 이 프로토콜은 연속적인 종양 세포 재도전에 따라 T 세포 효과기 기능이 시간에 따라 어떻게 변화하는지를 모니터링하도록 설계되었으며, 기능 지속성, 조기 소진, 전반적인 살상 역학과 같은 매개변수에 대한 통찰을 제공합니다(그림 1).
재현성과 데이터 품질을 보장하는 데 중요한 절차적 측면이 있습니다. 첫째, 웰 내 피펫팅은 웰 바닥의 미세전극 표면을 손상시키지 않도록 신중하게 수행해야 합니다. 둘째, 블랭킹 단계는 전기적 기준선을 설정하고 셀 첨가 전에 ...
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한국은 플렉토닉, TCR2 Inc., 밀텐니, 갈라파고스, 사이맙, 노바티스, 레제네론, BMS, GSK로부터 상예금을 받았습니다. 스카로우는 면역종양학 분야에서 여러 특허를 발명한 인물입니다. 한국은 TCR2 Inc와 카리나 바이오텍으로부터 라이선스 비용을 받았습니다. 스카로우는 원고와 관련 없는 연구를 위해 TCR2 Inc., 태비 테라퓨틱스, 카탈림 GmbH, 플렉토닉 GmbH, 아커스 바이오사이언스로부터 연구 지원을 받았습니다. 다른 모든 저자들은 상반되는 이해관계가 없다고 선언한다.
TT, SM, NTTN은 Else-Kröner Fresenius Stiftung(IOLIN)으로부터 보조금을 받았습니다. NTTN은 프리드리히 바우어 재단과 독일 암 지원(AvantCAR.de)으로부터 추가 보조금을 받았습니다. MPT는 모니카 쿠츠너 재단과 유럽연구위원회(MSCA 펠로우십 101106951)의 지원을 받고 있습니다. SK는 국제 박사 프로그램 'i-Target: 암 면역표적화'(바이에른 엘리트 네트워크 지원 지원), 바이에른 암 연구 센터(BZKF)(TANGO to S.K.), 독일 연구체(DFG, 연구비 번호: KO5055-2-1 및 KO5055/3-1), 흑색종 연구 연합(연구비 번호 409510), 마리 스클로도프스카-퀴리 암 수용 T 세포 치료 최적화 교육 네트워크(유럽연합 호라이즌 2020 프로그램 지원; 보조금 955575), 마리 스클로도프스카-퀴리 훈련 네트워크(암 내 치료용 면역세포 추적 및 통제 지원, EU 호라이즌 프로그램 지원, 보조금 101168810), 엘제 크뢰너-프레제니우스 재단(IOLIN), 독일 암 지원(AvantCAR.de), 빌헬름 잔더 재단, 에른스트 융 재단, 뮌헨 LMU 기관 전략 LMU엑설트(독일 우수성 이니셔티브 내), 고-바이오-이니셔티브, 바이에른 경제부 m4 상, 연방 예술 및 연구부, EUROSTAR 프로그램, 유럽 연구 위원회(시작 756017보조금, PoC 보조금101100460 및 CoG 101124203), SFB-TRR 338/1 2021-452881907, 프리츠-벤더 재단, 도이체 조제 카레라스 루카미 재단, 헥터 재단, 바이에른 연구 재단(BAYCELLATOR), 모니카-쿠츠너 재단, 브루노 및 헬렌 요스터 재단(360° CAR), 루라인스키 박사 재단, 브리짓과 콘스탄체 베게너 재단
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| BxPC3 | ATCC | CRL-1687 | |
| E-플레이트 96 | 애질런트 | 300600910 | |
| RTCA 소프트웨어 Pro (Basic) | 애질런트 | 해당 없음 | 버전 2.6.1 |
| xCELLigence RTCA MP - (다중 플레이트) | 애질런트 | 해당 없음 |
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