$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Met het beschreven protocol hebben we individuele mock-nucleofecte, CAR- en c-Jun-overexpressieve CAR T-cellen bestreden met antigeen-negatieve of antigeen-positieve Figuur 3 K562 tumorcellen, of deze niet gestimuleerd (alleen T-cel). Doelcellen werden beoordeeld op hun homogene expressie van het antigeen als voorwaarde voor reproduceerbare resultaten (Aanvullende Figuur 3). Door hun isolatie in enkele nanopennen konden we de cytokine-expressieprofielen van deze cellen karakteriseren als enkel-, dubbel- of drievoudige producenten, afhankelijk van de geteste conditie (Figuur 3). Deze resultaten werden geverifieerd met ELISA als gevestigde methode voor cytokinedetectie (Aanvullende Figuur 4).
Zoals verwacht bleef de meerderheid van de mock-nucleofect T-cellen negatief voor alle drie de gemeten cytokines (TNF-α, IFN-γ en IL-2). Onder standaard CAR T-cellen werden dubbel-, drievoudige- en enkel-positieve IFN-γ cytokineproducenten, evenals kleine fracties TNF-α- en IL-2-afscheidende cellen, gedetecteerd bij antigeenuitdaging, terwijl blootstelling aan antigeen-negatieve tumorcellen geen multicellulaire cytokinesecretie veroorzaakte. Interessant genoeg verhoogde overexpressie van c-Jun het aandeel van dubbel- en drievoudige cytokineproducenten, evenals enkel-cytokine producerende cellen, bij de ontmoeting met het doelwit, waardoor het totale aandeel cytokine-negatieve cellen vergeleken met standaard CAR T-cellen werd verlaagd. Deze resultaten zijn consistent met eerdere rapporten die de fenotypische modulatie van CAR T-cellen beschrijven door gedwongen expressie van deze transcriptiefactor6. Opmerkelijk is dat we een groter aandeel IFN-γ–positieve cellen in de T-cel-only groep waarnamen dan in de antigeen-negatieve tumorcelgroep, wat mogelijk te wijten is aan het kleinere aantal cellen dat in die toestand werd geanalyseerd.
Om T-celactivatie verder te onderzoeken, hebben we de expressie van CD137 onderzocht in individuele mock-nucleofecte, CAR- en c-Jun-overexpressieve CAR T-cellen, behandeld zoals hierboven beschreven (Figuur 4 en aanvullende tabel 1). De uitdaging van CAR T-cellen met antigeen-expressieve K562-doelcellen resulteerde in een verhoogde CD137-expressie vergeleken met mock-nucleofecten cellen. Bovendien zagen we een trend naar een iets hoger aandeel CD137-positieve cellen onder c-Jun-overexpressieve CAR T-cellen vergeleken met het standaard CAR-product.
Concluderend maakte het beschreven protocol de beoordeling van cytokinesecretie en activatie van CAR T-cellen op enkelcelniveau mogelijk, waardoor de identificatie van eencellige en meercellige cytokineproducenten en het repracituleren van fenotypische trends op bulkniveau6 mogelijk werd.

Figuur 1: Schematische workflow voor multimodale profilering via een optofluidicaplatform. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Representatieve afbeeldingen van verschillende functies van optofluidica-platforms. (A) Importeer de reeks van losse deeltjes in individuele pennen via OEP. De pennen in het linkerdeel van de afbeeldingen zijn in de vorige volgorde geladen. (B) Het doden van gebeurtenissen in drie individuele hokken over de tijd, waarbij GFP-expressieve antigeen-expressieve tumorcellen worden getoond. (C) Export van een individuele cel uit één pen via OEP. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Representatieve analyse van cytokinesecretieprofielen op enkelcelniveau. Individuele mock-nucleofected T-cellen of CAR-T-cellen werden gekweekt in aanwezigheid of afwezigheid van antigeen-negatieve of antigeen-positieve K562-tumorcellen binnen nanopennen met cytokinevangstkorrels voor TNF-α, IL-2 en IFN-γ. Taartdiagrammen tonen de verhoudingen van individueel geanalyseerde CAR-T-cellen met het aangegeven cytokinesecretieprofiel na 24 uur co-cultuur (eindpuntanalyse). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Representatieve analyse van CD137-expressie op enkelcelniveau. Individuele mock-nucleofect T-cellen of CAR-T-cellen werden gekleurd op CD137-oppervlakteexpressie op de optofluidicachip, 24 uur na kweek in aanwezigheid of afwezigheid van antigeen-negatieve of antigeen-positieve K562-tumorcellen. Vioolgrafieken tonen de fluorescentieintensiteit van CD137-expressie op nep-nucleofecteerde T-cellen en CAR-T-cellen na 24 uur kweek. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| T-cel medium componenten (Steriel gefilterd met 0,22μM vacuümfilterunits) | Volume (eindconcentratie) |
| RPMI-1640 (1x GlutaMAX, 25mM HEPES) | 500 mL |
| Penicilline/Streptomycine (10.000 U/mL) | 5 mL (90 U/mL) |
| β-Mercaptoethanol (50mM) | 0,5 mL (45μM) |
| Menselijk Serum (hitte-geïnactiveerd) | 50 mL (9%) |
| GlutaMAX supplement (100x) | 5 ml (0,9x) |
| Componenten van tumorcelmedium | Volume (eindconcentratie) |
| RPMI-1640 (1x GlutaMAX, 25mM HEPES) | 500 mL |
| Penicilline/Streptomycine (10.000 U/mL) | 5 mL (90 U/mL) |
| Fetaal Kalfserum (hitte-geïnactiveerd) | 50 mL (9%) |
| MACS-buffercomponenten | Volume (eindconcentratie) |
| DPBS (Mg2+-vrij, Ca2+-vrij) | 500 mL |
| Fetaal Kalfserum (hitte-geïnactiveerd) | 2,5 mL (0,5 %) |
| EDTA (0,5 M) | 2 mL (2 mM) |
| PBS/EDTA-buffercomponenten | Volume (eindconcentratie) |
| DPBS | 500 mL |
| EDTA (0,5 M) | 2 mL (2 mM) |
| Laadmediacomponenten | Volume (eindconcentratie) |
| T-celmedium | 18 mL |
| Laadreagens | 2 mL |
| Media+CaCl 2-componenten laden | Volume (eindconcentratie) |
| Laadmedia | 499 μL |
| CaCl2 | 1,25 μL |
| Perfusiemedia+Caspase-substraat | Volume (eindconcentratie) |
| T-celmedium | 20 mL |
| NucView 530 Caspase-3 Substraat (1 mM in DMSO) | 100 μL |
| Componenten van de kraalverdunningsbuffer | Volume (eindconcentratie) |
| DPBS | 800 μL |
| BSA (2% met toeval) | 100 μL (0,2% w/v) |
| Pre-20 (10% met relatie) | 10 μL (0,1% w/v) |
Tabel 1: Media- en buffervoorbereiding.
Aanvullende Figuur 1. Voorbeeldige gatingstrategie om de genoverdrachtsefficiëntie te beoordelen vóór magnetische verrijking. Voorbeeldige contour- en histogramgrafieken tonen de gatingstrategie om CAR-expressieve (tEGFR-positieve) CAR T-cellen te identificeren nadat genoverdracht is uitgevoerd. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 2. Zuiverheidscontrole na sortering. Voorbeeldige contourgrafieken tonen het aandeel CAR-expressieve (tEGFR-positieve) CAR T-cellen nadat magnetisch sorteren is uitgevoerd. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 3. Antigeenexpressie op doeltumorcellen. Representatieve histogramgrafieken tonen WT K562 tumorcellen of zijn ontworpen om ROR1 te expresseren, gekleurd met isotype of ROR1-targeting antistof via flowcytometrie. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende Figuur 4. Cytokinedetectie met standaard ELISA. IL-2 en IFN-γ concentraties in supernatant na 24 uur co-kweek met K562ROR1 tumorcellen bij E:T van 4:1, gemeten via ELISA voor CAR versus CAR+cJ T-cellen. Statistische significantie zoals bepaald door een ongepaarde t-test met *P≤ 0,05, **P≤ 0,01, ***P≤ 0,001, ****P≤ 0,0001. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende tabel 1: Cellen geanalyseerd. De tabel geeft het aantal individuele cellen aan dat per conditie is geanalyseerd. Klik hier om dit bestand te downloaden.