Tutaj prezentujemy protokół do genetycznej edycji komórek CAR-T za pomocą systemu CRISPR/Cas9.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół do genetycznej edycji komórek CAR-T za pomocą systemu CRISPR/Cas9.
Terapia komórkowa z chimerycznym receptorem antygenowym T (CAR-T) jest nowatorską i potencjalnie rewolucyjną nową opcją leczenia raka. Istnieją jednak znaczne ograniczenia w jego powszechnym stosowaniu w leczeniu raka. Ograniczenia te obejmują rozwój unikalnych toksyczności, takich jak zespół uwalniania cytokin (CRS) i neurotoksyczność (NT) oraz ograniczoną ekspansję, funkcje efektorowe i aktywność przeciwnowotworową w guzach litych. Jedną ze strategii mających na celu zwiększenie skuteczności CAR-T i/lub kontrolę toksyczności komórek CAR-T jest edycja genomu samych komórek CAR-T podczas produkcji komórek CAR-T. W tym miejscu opisujemy zastosowanie edycji genów CRISPR/Cas9 w komórkach CAR-T poprzez transdukcję za pomocą konstruktu lentiwirusowego zawierającego przewodnik RNA do czynnika stymulującego tworzenie kolonii makrofagów granulocytów (GM-CSF) i Cas9. Jako przykład opisujemy nokaut GM-CSF za pośrednictwem CRISPR/Cas9. Wykazaliśmy, że te komórki GM-CSFk / o CAR-T skutecznie wytwarzają mniej GM-CSF, zachowując krytyczną funkcję komórek T i powodując zwiększoną aktywność przeciwnowotworową in vivo w porównaniu z komórkami CAR-T typu dzikiego.
Terapia komórkowa z chimerycznym receptorem antygenowym T (CAR-T) jest bardzo obiecująca w leczeniu raka. 1,2 Dwie terapie komórkowe CAR-T ukierunkowane na CD19 (CART19) zostały niedawno zatwierdzone w Stanach Zjednoczonych i Europie do stosowania w nowotworach złośliwych komórek B po uzyskaniu imponujących wyników w wieloośrodkowych badaniach klinicznych. 3,4,5 Barierami dla szerszego stosowania komórek CAR-T są ograniczona aktywność w guzach litych i związane z nimi toksyczności, w tym zespół uwalniania cytokin (CRS) i neurotoksyczność (NT). 3,5,6,7,8,9 Aby zwiększyć indeks terapeutyczny terapii komórkowej CAR-T, narzędzia inżynierii genomu, takie jak nukleazy palca cynkowego, TALEN-y i CRISPR, są wykorzystywane do dalszej modyfikacji komórek CAR-T w celu wygenerowania mniej toksycznych lub bardziej efektywnych komórek CAR-T. 10,11
W tym artykule opisujemy metodę generowania komórek CAR-T edytowanych metodą CRISPR/Cas9. Szczególnym celem tej metody jest genetyczna modyfikacja komórek CAR-T podczas produkcji komórek CAR-T za pomocą CRISPR/Cas9 w celu wytworzenia mniej toksycznych lub bardziej efektywnych komórek CAR-T. Uzasadnienie dla opracowania tej metodologii opiera się na wnioskach wyciągniętych z doświadczeń klinicznych w zakresie terapii komórkami CAR-T, co wskazuje na pilną potrzebę opracowania nowych strategii w celu wydłużenia okna terapeutycznego terapii komórkami CAR-T i rozszerzenia jej zastosowania na inne nowotwory, a także jest wspierane przez ostatnie postępy w biologii syntetycznej, które umożliwiają wielokrotne modyfikacje komórek CAR-T, które zaczęły wchodzić do praktyki klinicznej. Podczas gdy kilka narzędzi inżynierii genomu jest opracowywanych i stosowanych w różnych środowiskach, takich jak nukleazy palca cynkowego, TALEN-y i CRISPR, nasza metodologia opisuje modyfikację komórek CAR-T za pomocą CRISPR/Cas9. 10,11 CRISPR/Cas9 to bakteryjny mechanizm obronny oparty na RNA, który ma na celu eliminację obcego DNA. CRISPR opiera się na endonukleazach do rozszczepiania sekwencji docelowej zidentyfikowanej przez przewodnik RNA (gRNA). Edycja CRISPR komórek CAR-T ma kilka zalet w porównaniu z innymi narzędziami inżynierii genomu. Należą do nich precyzja sekwencji gRNA, prostota projektowania gRNA ukierunkowanego na gen będący przedmiotem zainteresowania, wysoka wydajność edycji genów oraz możliwość celowania w wiele genów, ponieważ wiele gRNA może być używanych w tym samym czasie.
Konkretnie w opisanych tutaj metodach, użyliśmy lentiwirusa kodującego RNA przewodnika CRISPR i Cas9 do zakłócenia genu podczas transdukcji limfocytów T przez CAR. Wybierając odpowiednią technikę edycji komórek CAR-T, sugerujemy, że opisana tutaj technika jest skutecznym mechanizmem generowania komórek CAR-T klasy badawczej, ale ponieważ długoterminowy efekt trwałej integracji Cas9 z genomem jest nieznany, proponujemy tę metodologię w celu opracowania komórek CAR-T klasy badawczej typu proofof concept, ale nie w celu produkcji komórek CAR-T klasy zgodnej z dobrą praktyką produkcyjną.
W szczególności, tutaj opisujemy generowanie komórek CAR-T stymulujących tworzenie komórek CAR-T czynnika stymulującego tworzenie kolonii makrofagów granulocytów (GM-CSF) skierowanych na ludzką CD19. Te komórki CAR-T zostały wygenerowane przez transdukcję z cząstkami lentiwirusa kodującymi przewodnik RNA specyficzny dla GM-CSF (nazwa genu CSF2) i Cas9. Wcześniej odkryliśmy, że neutralizacja GM-CSF poprawia CRS i NT w modelu ksenoprzeszczepu. 12 Komórki CAR-TGM-CSF k/o pozwalają na hamowanie GM-CSF podczas procesu produkcyjnego, skutecznie zmniejszając produkcję GM-CSF, jednocześnie zwiększając aktywność przeciwnowotworową komórek CAR-T i przeżywalność in vivo w porównaniu z komórkami CAR-T typu dzikiego. 12 Dlatego tutaj przedstawiamy metodologię generowania komórek CAR-T edytowanych przez CRISPR/Cas9.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten protokół jest zgodny z wytycznymi Instytucjonalnej Komisji Rewizyjnej (IRB) Kliniki Mayo oraz Instytucjonalnego Komitetu Bezpieczeństwa Biologicznego (IBC).
1. Produkcja komórek CART19
2. Produkcja GM-CSF k/o CART19
3. Skuteczność zakłóceń GM-CSF i ocena funkcjonalna GM-CSF k/o CART19
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 1 przedstawia redukcję GM-CSF w komórkach GM-CSFk/o CART19. Aby zweryfikować, czy genom limfocytów T został zmodyfikowany w celu wywołania knockoutu GM-CSF, w komórkach GM-CSFk/o CART19 zastosowano sekwencjonowanie TIDE (Rysunek 1A). Barwienie powierzchniowe komórek CAR-T potwierdza, że limfocyty T skutecznie ekspresują powierzchniowy receptor CAR in vitro po wyselekcjonowaniu żywych komórek CD3+ (
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W niniejszym raporcie opisujemy metodologię wykorzystania technologii CRISPR/Cas9 do indukowania wtórnych modyfikacji w komórkach CAR-T. W szczególności wykazano to za pomocą transdukcji lentiwirusowej z wektorem wirusowym, który zawiera gRNA ukierunkowane na gen zainteresowania i Cas9 w celu wytworzenia komórek GM-CSFk/o CART19. Wcześniej wykazaliśmy, że neutralizacja GM-CSF poprawia CRS i NT w modelu ksenoprzeszczepu. 12 Jak opisano wcześniej, komórki GM-CSFk/o CAR-T pozwal...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
SSK jest wynalazcą patentów w dziedzinie terapii limfocytami T CAR, na które firma Novartis jest licencjonowana (na mocy umowy między Mayo Clinic, University of Pennsylvania i Novartis). Badania te zostały częściowo sfinansowane z grantu Humanigen (SSK). RMS, MJC, RS i SSK są wynalazcami patentów związanych z tą pracą. Laboratorium (SSK) otrzymuje dofinansowanie od firm Tolero, Humanigen, Kite, Lentigen, Morphosys i Actinium.
Ta praca była wspierana przez granty od K12CA090628 (SSK), National Comprehensive Cancer Network (SSK), Mayo Clinic Center for Individualized Medicine (SSK), Predolin Foundation (SSK), Mayo Clinic Office of Translation to Practice (SSK) oraz Mayo Clinic Medical Scientist Training Program Robert L. Howell Physician-Scientist Scholarship (RMS).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Przeciwciało monoklonalne CD3 (OKT3), PE, eBioscience | Invitrogen | 12-0037-42 | |
| Przeciwciało monoklonalne CD3 (UCHT1), APC, eBioscience | Invitrogen | 17-0038-42 | |
| Choice Taq Blue Mastermix | Denville Scientific | C775Y51 | |
| CTS (systemy terapii komórkowej) Dynabeads CD3/CD28 | Gibco | 40203D | |
| System CytoFLEX B4-R2-V2 | Beckman Coulter | C10343 | cytometr przepływowy |
| dimetylosulfotlenek | Millipore Sigma | D2650-100ML | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanem Dulbecco | Gibco | 14190-144 | |
| Dynabeads MPC-S (Magnetyczny Koncentrator Cząstek) | Applied Biosystems | A13346 | |
| Easy 50 EasySep Magnet | STEMCELL Technologies | 18002 | |
| Zestaw do izolacji ludzkich komórek T EasySep | STEMCELL Technologies | 17951 | koraliki magnetyczne selekcji negatywnej; 17951RF zawiera końcówki i bufor |
| Surowica bydlęca | płodu Millipore Sigma | F8067 | |
| Mysz FITC Anti-Human CD107a | BD Pharmingen | 555800 | |
| Pożywka utrwalająca (pożywka A) | Invitrogen | GAS001S100 | |
| GenCRISPR gRNA Konstrukt: Nazwa: CSF2 CRISPR przewodnik RNA 1; Gatunek: Człowiek, Wektor: pLentiCRISPR v2; Odporność: ampicylina; Numer kopii: Wysoki; Przygotowanie plazmidu: Dostawa standardowa: 4 μ g (Bezpłatnie opłaty) | GenScript | N/A | na zamówienie niestandardowe |
| Kozioł anty-mysie przeciwciało anty-mysie IgG (H+L) Adsorbowane krzyżowo, Alexa Fluor 647 | Invitrogen | A-21235 | |
| https://tide.nki.nl. | Desktop Genetics | ||
| Ludzka surowica AB; Dawcy płci męskiej; typu AB; US | Corning | 35-060-CI | |
| IFN gamma Przeciwciało monoklonalne (4S. B3), APC-eFluor 780, eBioscience | Invitrogen | 47-7319-42 | |
| Lipofectamine 3000 Odczynnik do transfekcji | Invitrogen | L3000075 | |
| LIVE/DEAD Fixable Aqua Dead Cell Stain Kit, do wzbudzenia 405 nm | Invitrogen | L34966 | |
| Lymphoprep | STEMCELL Technologies | 07851 | |
| Roztwór Monenzyny, 1000X | BioLegend | 420701 | |
| Mysz Anti-Human CD28 Clone CD28.2 | BD Pharmingen | 559770 | |
| Mysz Anti-Human CD49d Clone 9F10 | BD Pharmingen | 561892 | |
| Mysz Anti-Human MIP-1β PE-Cy7 | BD Pharmingen | 560687 | |
| . Frosty Pojemnik mroźniczy | Thermo Scientific | 5100-0001 | |
| NALM6, klon G5 | ATCC | CRL-3273 | linia komórkowa ostrej białaczki limfoblastycznej |
| Woda wolna od nukleaz | Promega | P119C | |
| Olympus, 500 mL, membrana PES, 0,22 uM, sterylne | Genesee Scientific | 25-227 | |
| Nalgene Szybkoprzepływowe sterylne jednorazowe jednostki filtrujące z membraną CN 0,45uM | Thermo Scientific Nalgene | 450-0045 | |
| Opti-MEM I Zredukowana surowica Medium (1X), płynny | Gibco | 31985-070 | |
| Mysz anty-ludzka IL-2 | BD Horizon | 562384 | |
| Penicylina-Streptomycyna-Glutamina (100X), płynna | Gibco | 10378-016 | |
| średnia B) | Invitrogen | GAS002S100 | |
| PureLink Genomic DNA Mini Kit | Invitrogen | K182001 | |
| Dichlorowodorek puromycyny | MP Biomedicals, Inc. | ||
| Zestaw do ekstrakcji żelu QIAquick | QIAGEN | 28704 | |
| Szczur Anti-Human GM-CSF BV421 | BD Horizon | 562930 | |
| RoboSep-S | STEMCELL Technologies | 21000 | W pełni automatyczny separator komórek |
| SepMate-50 (IVD) | STEMCELL Technologies | 85450 | |
| Azek sodu, 5% (w/v) | Ricca Chemical | 7144.8-16 | |
| X-VIVO 15 Podłoże z komórek krwiotwórczych bez surowicy | Lonza | 04-418Q |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.