1. Nukleofekcja komórek dendrytycznych
- 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 24 h przy użyciu cytokin dojrzewania DC: IL4(1000U/ml), GMCSF (800IU/ml), IL6 100ng/ml, TNF-α 10ng/ml, IL1-β 10ng/ml oraz PGE2 (1μg/ml)1, delikatnie resuspendując je za pomocą pipety transferowej 3ml.
- Policzyć żywe komórki DC przy użyciu błękitu trypanu i przenieść je do trzech probówek 15ml, tak aby w każdej z nich znajdowało się nie mniej niż 0,5x106 i nie więcej niż 2x106 komórek/probówkę.
- Wirować komórki DC przez 10 min przy 200g. W tym czasie wstępnie ogrzać pożywkę Cell Genix uzupełnioną o cytokiny dojrzewania DC (pożywka do dojrzewania DC) – 2ml/dołek w trzech dołkach 12-dołkowej płytki hodowlanej w inkubatorze 37°C/5% CO2.
- Po zakończeniu wirowania odessać nadsącz i dodać odpowiednie plazmidy DNA do każdej z probówek w końcowym stężeniu 5μg DNA/probówkę. W tym przypadku do probówki nr 1 dodać plazmid kodujący IE1-pp65, do probówki nr 2 Hexon-Penton, a do probówki nr 3 EBNA1-LMP2-BZLF1.
- Resuspendować komórki DC i DNA w 100μl roztworu do nukleofekcji Amaxa, dokładnie 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 do dojrzewania DC Cell Genix do kuwety, delikatnie wymieszać, pipetując ciecz w górę i w dół 2-3 razy, a następnie przenieść nukleofektowane komórki DC do przygotowanej płytki 12-dołkowej zawierającej pozostałe 1,5 ml wstępnie ogrzanej pożywki do dojrzewania DC. Przenieść do inkubatora 37°C/5% CO2 na kolejne 12-18 h.
2. Stymulacja limfocytów T
- Zebrać i policzyć nukleofektowane komórki DC, a następnie naświetlić je dawką 30Gy. Przemyć raz 10ml medium CTL (45% RPMI, 45% Clicks EHAA, 10% FBS, 2mM Glutamax) i resuspendować w stężeniu 3 x 105 komórek DC na ml medium 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 następnie należy umieścić w inkubatorze.
- Do przygotowania komórek responderów należy użyć wcześniej zamrożonych PBMC lub nieprzylegających komórek mononuklearnych pozostałych po selekcji DC (selekcja przez adhezję lub CD14). Rozmrozić komórki, przenieść do podgrzanego medium hodowlanego i przemyć raz medium CTL. Resuspendować komórki w medium 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 medium 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 6-7 dniu odessać 10 ml pożywki, a następnie wymieszać komórki w pozostałych 20 ml pożywki za pomocą pipety 10 ml i policzyć żywe komórki z użyciem błękitu trypanu. Jeśli liczba komórek wynosi <50x106, uzupełnić świeżą pożywką z cytokinami. Jeśli liczba komórek wynosi >50x106, odjąć 10 ml zawiesiny komórkowej, przenieść ją do nowego naczynia G-Rex, a następnie zasilić oba naczynia G-Rex świeżą pożywką do CTL z cytokinami.
- Kulturować przez kolejne 4-6 dni. Po namnożeniu wystarczającej liczby komórek przeprowadzić charakterystykę fenotypową i funkcjonalną CTL oraz kriokonserwować nadmiar komórek do późniejszego wykorzystania.
4. Reprezentatywne wyniki:
Schemat naszego zatwierdzonego przez FDA procesu generowania specyficznych dla wielu wirusów limfocytów CTL przedstawiono na Rysunku 1. W przeciwieństwie do konwencjonalnych protokołów CTL przeciwko wielu wirusom, które wykorzystują adenowektory i EBV-LCL do stymulacji reaktywnych na wirusy limfocytów T2, zastąpiliśmy zakaźny materiał wirusowy plazmidami DNA kodującymi wiele antygenów pochodzących z każdego z wirusów3. Aby stymulować CTL przeciwko trzem wirusom, zaprojektowaliśmy trzy plazmidy multicistroniczne kodujące Hexon i Penton adenowirusa, IE1 i pp65 CMV oraz EBNA1, LMP2 i BZLF1 EBV. Antygeny te wybrano na podstawie obiecujących wyników klinicznych uzyskanych przez naszą oraz inne grupy, wykazujących, że limfocyty T skierowane przeciwko Adv-hexon i penton2,4-6 oraz przeciwko CMV-1E1 i CMV-pp65 wykazują działanie ochronne in vivo7. W przypadku EBV, EBNA1 jest immunodominującym antygenem docelowym dla limfocytów T CD4+ ekspresjowanym we wszystkich nowotworach związanych z EBV oraz w normalnych zakażonych EBV limfocytach B8,9, LMP2 jest immunogenny dla wielu typów HLA i ekspresywny w większości nowotworów wywołanych przez EBV10,11, natomiast BZLF1 koduje immunodominujący antygen wczesnej fazy litycznego cyklu replikacyjnego, który stymuluje limfocyty T CD4+ i CD8+ u większości osób i prawdopodobnie jest istotny dla kontroli komórek replikujących wirusa12. Aby dodatkowo zoptymalizować nasze metody 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 na poziomie >35% przy zachowaniu wysokiej żywotności 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 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 koniecznym dla skuteczności klinicznej przeciwko wszystkim trzem wirusom. Jest to osiągane 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 dodatek IL4 i IL7 do hodowli zwiększa repertuar i swoistość, co pokazano na Rysunku 4B, gdzie oceniono częstotliwość występowania limfocytów T reaktywnych przeciwko peptydowi NLV ograniczonemu przez HLA-A2 pochodzącemu z CMV-pp65 w hodowlach generowanych w obecności lub braku IL4 i/lub IL716,17. Aby ocenić fenotyp i zdolność funkcjonalną ekspandowanych komórek, przeprowadzamy analizę cytometryczną, wewnątrzkomórkowe barwienie cytokin/IFNγ ELIspot oraz testy uwalniania Cr51 na produkcie końcowym przeznaczonym do krioterapii/infuzji. Zazwyczaj wygenerowane 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 ekspresujących antygen wirusowy, ale nie zabijają komórek docelowych ujemnych pod kątem wirusa i częściowo dopasowanych pod względem HLA, co wskazuje, że nie powinny one indukować choroby przeszczep przeciw gospodarzowi (GvHD) in vivo (Rysunek 5).

Rysunek 1. Protokół generowania rCTL. W pierwszej kolejności 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, a następnie zbierane, przeliczane i testowane pod kątem funkcji, tożsamości oraz sterylności, po czym są kriokonserwowane do użytku klinicznego.

Rysunek 2. Zoptymalizowane plazmidy DNA indukują silniejszą aktywację limfocytów T in vitro. Komórki DC poddano nukleofekcji zoptymalizowanymi, zgodnymi z FDA plazmidami 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 specyficzność przeanalizowano metodą IFNγ ELIspot 10 dni po stymulacji.

Rycina 3. Optymalne stosunki DC:komórki T dla aktywacji CTL. Komórki DC od dwóch dawców poddano nukleofekcji wszystkimi trzema zoptymalizowanymi plazmidami, a następnie wykorzystano je do stymulacji autologicznych PBMCs w stosunku DC:PBMC 1:20 lub 1:50. Częstotliwość reaktywowanych limfocytów T oceniono w 10. dniu za pomocą testu IFNγ ELIspot.

Rycina 4. Ekspansja limfocytów T w urządzeniu G-Rex z zastosowaniem cytokin wspomagających. Panel A przedstawia urządzenie G-Rex oraz wygląd CTL na membranie przepuszczalnej dla gazów, oceniony za pomocą mikroskopii. Pokazano również porównanie wydajności komórkowej uzyskanej na konwencjonalnych płytkach do hodowli tkanek w stosunku do G-Rex. Panel B przedstawia częstość występowania CTL dodatnich pod kątem pentameru CMV w kulturach eksponowanych na brak cytokin, samą IL4, samą IL7 oraz IL4+IL7.

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