1. Nukleofekcja komórek DC
- Zebrać komórki DC pochodzące z monocytów, które zostały wzbogacone poprzez adhezję do plastiku, hodowane przez 5 dni w pożywce Cell Genix uzupełnionej o IL4(1000U/ml), GMCSF (800IU/ml) i dodatkowo dojrzewane przez 24h przy użyciu cytokin dojrzewania DC: IL4(1000U/ml), GMCSF (800IU/ml), IL6100ng/ml, TNF-α 10ng/ml, IL1-β 10ng/ml oraz PGE2 (1μg/ml)1, poprzez delikatne resuspensowanie za pomocą pipety transferowej 3ml.
- Policzyć żywe komórki DC przy użyciu błękitu trypanu, a następnie przenieść je do trzech probówek 15ml, tak aby w każdej probówce znalazło się nie mniej niż 0,5x106 i nie więcej niż 2x106 komórek/probówkę.
- Wirować komórki DC przez 10min przy 200g. W tym czasie wstępnie ogrzać pożywkę Cell Genix uzupełnioną o cytokiny dojrzewania DC (pożywka dojrzewania DC) – 2ml/dołek w trzech dołkach płytki 12-dołkowej przeznaczonej do hodowli tkanek w inkubatorze 37°C/5% CO2.
- Po zakończeniu wirowania odessać nadosad i dodać odpowiednie plazmidy DNA do każdej z probówek w końcowym stężeniu 5μg DNA/probówkę. W tym przypadku dodać plazmid kodujący IE1-pp65 do probówki nr 1, Hexon-Penton do probówki nr 2 oraz EBNA1-LMP2-BZLF1 do probówki nr 3.
- Resuspender komórki DC i DNA w 100μl roztworu do nukleofekcji Amaxa, dobrze wymieszać i przenieść do kuwet do nukleofekcji.
- Umieścić kuwety w nukleofektorze 4D, wybrać program CB150 (Amaxa/Lonza) i nacisnąć start.
- Natychmiast po nukleofekcji dodać 500μl z 2ml wstępnie ogrzanej pożywki dojrzewania DC Cell Genix do kuwety, delikatnie wymieszać poprzez 2-3 krotne pipetowanie w górę i w dół, a następnie przenieść nukleofektowane komórki DC na przygotowaną płytkę 12-dołkową zawierającą pozostałe 1,5 ml wstępnie ogrzanej pożywki dojrzewania DC. Przenieść do inkubatora 37°C/5% CO2 na kolejne 12-18h.
2. Stymulacja limfocytów T
- Zebrać i policzyć nukleofektowane komórki DC, a następnie napromieniować dawką 30Gy. Przemyć raz 10ml pożywki CTL (45% RPMI, 45% Clicks EHAA, 10% FBS, 2mM Glutamax) i resuspender w stężeniu 3 x 105 komórek DC na ml pożywki CTL.
- Połączyć minimum 7,5x105 (2,5ml) i maksimum 15x105 (5ml) komórek DC zawierających każdy z plazmidów, a następnie przenieść połączone komórki DC do urządzenia G-Rex, które zostanie umieszczone w inkubatorze.
- Do przygotowania komórek responderów użyć wcześniej zamrożonych PBMC lub nieprzylegających komórek mononuklearnych pozostałych po selekcji DC (selekcja przez adhezję lub CD14). Rozmrozić komórki, przenieść do uprzednio ogrzanej pożywki hodowlanej i przemyć raz pożywką CTL. Resuspender komórki w pożywce CTL, policzyć je i doprowadzić do stężenia 2x106 komórek na ml. Odmierzyć 15x106 komórek (7,5ml) i uzupełnić o 30000U IL4 (stężenie końcowe 1000U/ml) oraz 300ng IL7 (stężenie końcowe 10ng/ml).
- Przenieść 7,5ml PBMC (15x106 komórek) do urządzenia G-Rex i uzupełnić bioreaktor pożywką CTL do całkowitej objętości 30ml.
- Inkubować urządzenie G-Rex przez 6-7 dni w wilgotnym inkubatorze w temperaturze 37°C i przy 5% CO2.
3. Ekspansja limfocytów T
- W dniu 6-7 odessać 10ml pożywki, następnie wymieszać komórki w pozostałych 20ml pożywki za pomocą pipety 10ml i policzyć żywe komórki przy użyciu błękitu trypanu. Jeśli liczba komórek wynosi <50x106, uzupełnić świeżą pożywką + cytokinami. Jeśli liczba komórek wynosi >50x106, odessać 10ml zawiesiny komórkowej, przenieść do nowego G-Rex, a następnie zasilić oba G-Rex świeżą pożywką CTL + cytokinami.
- Kulturować przez kolejne 4-6 dni. Po namnożeniu odpowiedniej liczby komórek przeprowadzić charakterystykę fenotypową i funkcjonalną CTL oraz kriokonserwować nadmiar komórek do późniejszego użycia.
4. Reprezentatywne wyniki:
Schemat naszego zatwierdzonego przez FDA procesu generowania CTL specyficznych dla wielu wirusów przedstawiono na Rysunku 1. W przeciwieństwie do konwencjonalnych protokołów CTL dla wielu wirusów, w których do stymulacji limfocytów T reaktywnych na wirusy wykorzystuje się adenowektory i EBV-LCL2, zastąpiliśmy materiał wirusowy zakaźny plazmidami DNA kodującymi wiele antygenów pochodzących z każdego z wirusów3. Aby stymulować CTL przeciwko trzem wirusom, zaprojektowaliśmy trzy plazmidy wielocistronowe kodujące Hexon i Penton adenowirusa, IE1 i pp65 CMV oraz EBNA1, LMP2 i BZLF1 EBV. Antygeny te wybrano w oparciu o obiecujące wyniki kliniczne uzyskane przez naszą oraz inne grupy, wykazujące, że limfocyty T skierowane przeciwko Adv-hexon i penton2,4-6, a także przeciwko CMV-1E1 i CMV-pp65, wykazują działanie ochronne in vivo7. W przypadku EBV, EBNA1 jest immunodominującym antygenem docelowym dla limfocytów T CD4+, eksprymowanym we wszystkich nowotworach związanych z EBV oraz w prawidłowych zainfekowanych EBV limfocytach B8,9, LMP2 jest immunogenny dla wielu typów HLA i eksprymowany w większości nowotworów wywołanych przez EBV10,11, natomiast BZLF1 koduje immunodominujący antygen wczesny cyklu litycznego, który stymuluje limfocyty T CD4+ i CD8+ u większości osób i jest prawdopodobnie istotny dla kontroli komórek replikujących wirusa12. W celu dalszej optymalizacji naszych metod wytwarzania nawiązaliśmy współpracę z Nature Technology, która opracowała zminimalizowane, wolne od antybiotyków (zgodne z wymogami FDA) plazmidy do stymulacji CTL13,14. Stosując tę strategię, konsekwentnie osiągamy wydajność nukleofekcji >35%, zachowując jednocześnie wysoką żywotność komórek (dane nie pokazano)3. Rysunek 2 pokazuje, że częstotliwość występowania limfocytów T specyficznych dla wirusów w odpowiedzi na zoptymalizowane plazmidy DNA, zmierzona za pomocą testu IFNγ ELIspot, była większa niż w odpowiedzi na konwencjonalne plazmidy ekspresyjne oparte na pShuttle ekspresujące te same antygeny (n=8 Adenowirus, n=4 CMV i n=2 EBV). Optymalny stosunek DC:PBMC był istotny dla silnej stymulacji limfocytów T, co pokazano na Rysunku 3, gdzie stosunek 1:50 spowodował suboptymalną aktywację w porównaniu ze stosunkiem S:R 1:20 (n=2 dawców). Produkcja wystarczającej liczby CTL o szerokiej swoistości antygenowej jest warunkiem wstępnym skuteczności klinicznej przeciwko wszystkim trzem wirusom. Osiąga się to poprzez hodowlę CTL w systemie G-Rex, który zapewnia lepszą ekspansję limfocytów T w porównaniu z konwencjonalnymi płytkami 24-dołkowymi (Rysunek 4A)15, podczas gdy dodanie IL4 i IL7 do kultur zwiększa repertuar i specyficzność, co pokazano na Rysunku 4B, gdzie oceniono częstotliwość limfocytów T reaktywnych przeciwko peptydowi NLV pochodzącemu z CMV-pp65, ograniczonemu do HLA-A2, w kulturach generowanych w obecności lub nieobecności IL4 i/lub IL716,17. Aby ocenić fenotyp i zdolność funkcjonalną rozszerzonych komórek, przeprowadzamy analizę cytometryczną, wewnątrzkomórkowe barwienie cytokin/IFNγ ELIspot oraz testy uwalniania Cr51 na produkcie końcowym przeznaczonym do kriosprzechowywania/infuzji. Zazwyczaj generowane komórki są poliklonalne, z mieszaną populacją limfocytów T CD4+ i CD8+ ze swoistością antygenową wykrywalną w obu przedziałach limfocytów T. CTL są zdolne do zabijania komórek docelowych ekspresjonujących antygeny wirusowe, ale nie zabijają komórek docelowych ujemnych pod kątem wirusa i częściowo dopasowanych pod kątem HLA, co wskazuje, że nie powinny one indukować choroby przeszczep przeciw gospodarzowi (GvHD) in vivo (Rysunek 5).

Rycina 1. Protokół generowania rCTL. Najpierw komórki DC poddawane są nukleofekcji plazmidami kodującymi antygen wirusowy, a następnie mieszane z autologicznymi PBMC w stosunku R:S wynoszącym 10 lub 20:1. Komórki są namnażane w systemie G-Rex przez 10-14 dni w obecności IL4 i IL7, po czym są zbierane, liczone, badane pod kątem funkcji, tożsamości i sterylności, a następnie krio konserwowane do zastosowań klinicznych.

Rysunek 2. Zoptymalizowane plazmidy DNA indukują silniejszą aktywację limfocytów T in vitro. Komórki DC poddano nukleofekcji zoptymalizowanymi plazmidami zgodnymi z FDA kodującymi Hexon i Penton (Adv), IE1 i pp65 (CMV) oraz EBNA1, LMP2 i BZLF1 (EBV) lub konwencjonalnymi plazmidami pShuttle kodującymi te same antygeny. Wykorzystano je do stymulacji limfocytów T, a swoistość przeanalizowano za pomocą testu IFNγ ELIspot 10 dni po stymulacji.

Rycina 3. Optymalne stosunki DC:komórki T dla aktywacji CTL. Komórki DC od 2 dawców poddano nukleofekcji za pomocą wszystkich trzech zoptymalizowanych plazmidów, a następnie wykorzystano do stymulacji autologicznych PBMCs w stosunku DC:PBMC 1:20 lub 1:50. Częstość reaktywowanych limfocytów T oceniono w 10. dniu za pomocą testu IFNγ ELIspot.

Rysunek 4. Ekspansja limfocytów T w urządzeniu G-Rex z wykorzystaniem cytokin wspomagających. Panel A przedstawia urządzenie G-Rex oraz wygląd CTL na membranie przepuszczalnej dla gazów, oceniony za pomocą mikroskopii. Przedstawiono również porównanie wydajności komórkowej uzyskanej na konwencjonalnych płytkach hodowlanych w porównaniu do G-Rex. Panel B przedstawia częstotliwość występowania CTL dodatnich pod kątem pentameru CMV uzyskanych w hodowlach eksponowanych na brak cytokin, samą IL-4, samą IL-7 oraz kombinację IL-4+IL-7.

Rysunek 5. Fenotyp i funkcja namnożonych CTL. Panel A przedstawia reprezentatywny przykład fenotypu namnożonych wielowirusowych CTL, które są poliklonalne i zawierają mieszankę limfocytów T CD4+ (45% – pomocnicze) i CD8+ (42% – cytotoksyczne), z których większość (95%) wykazuje ekspresję markerów pamięci CD45RO+/CD62L+. Panel B wykazuje, że komórki te są specyficzne dla wszystkich antygenów stymulujących i są polifunkcyjne, co oceniono za pomocą wewnątrzkomórkowego barwienia cytokin w celu wykrycia produkcji IFNΓ i TNFα po stymulacji antygenowej. Panel C wykazuje, że namnożone CTL są funkcjonalne, co zmierzono testem z Cr51. Jako komórki docelowe wykorzystano autologiczne LCL, samodzielnie lub transdukowane wektorem null lub wektorem adenowirusowym wykazującym ekspresję CMV-pp65. Aloreaktywność oceniono, wykorzystując allogeniczne blasty PHA jako komórki docelowe.