Obecny protokół opisuje eksperymentalny przebieg pracy, który pozwala na analizę ex vivo stymulacji ludzkich limfocytów T w allogenicznym systemie kohodowli z wcześniej leczonymi komórkami nowotworowymi.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół opisuje eksperymentalny przebieg pracy, który pozwala na analizę ex vivo stymulacji ludzkich limfocytów T w allogenicznym systemie kohodowli z wcześniej leczonymi komórkami nowotworowymi.
Cytotoksyczne limfocyty T odgrywają kluczową rolę w eliminacji komórek nowotworowych i dlatego są intensywnie badane w immunologii nowotworów. Częstość i aktywność cytotoksycznych limfocytów T w obrębie guzów i ich mikrośrodowiska guza (TME) są obecnie dobrze znanymi biomarkerami prognostycznymi i predykcyjnymi dla wielu typów nowotworów. Jednak dobrze wiadomo, że różne metody leczenia nowotworów, w tym radioterapia, chemioterapia, immunoterapia i terapia celowana, modulują nie tylko immunogenność guza, ale także sam układ odpornościowy. W związku z tym interakcja między komórkami nowotworowymi a limfocytami T wymaga bardziej intensywnych badań w różnych kontekstach terapeutycznych, aby w pełni zrozumieć złożoną rolę limfocytów T podczas terapii nowotworów. Aby zaspokoić tę potrzebę, opracowano protokół do analizy aktywności i zdolności proliferacyjnej ludzkich cytotoksycznych (CD8+) limfocytów T w kohodowli ze wstępnie leczonymi komórkami nowotworowymi. W szczególności limfocyty T CD8 + od zdrowych dawców są barwione nietoksycznym markerem proliferacji estru sukcynimidylu dioctanu karboksyfluoresceiny (CFSE) i stymulowane za pomocą płytek pokrytych CD3 / CD28. Następnie limfocyty T są hodowane wspólnie z wcześniej leczonymi komórkami nowotworowymi. Jako odczyt, proliferacja limfocytów T jest określana ilościowo poprzez pomiar rozkładu sygnału CFSE i ocenę ekspresji markerów aktywacji powierzchniowej za pomocą cytometrii przepływowej. Można to dodatkowo uzupełnić poprzez ilościowe określenie uwalniania cytokin za pomocą testu immunoenzymatycznego (ELISA). Metoda ta ułatwia ocenę wywołanych leczeniem zmian w interakcji między komórkami nowotworowymi a limfocytami T, stanowiąc podstawę do bardziej szczegółowych analiz metod leczenia nowotworów i ich immunogenności w warunkach ex vivo u ludzi. Dodatkowo przyczynia się do zmniejszenia liczby przedklinicznych analiz in vivo.
Obecnie staje się coraz bardziej oczywiste, że wzrost i postęp nowotworów są silnie zależne od skutecznej manipulacji i tłumienia układu odpornościowego gospodarza. Przekształcone komórki pojawiają się każdego dnia, nawet w zdrowym organizmie. Jednak powstawanie makroskopowych guzów jest raczej rzadkim zjawiskiem, ponieważ powstające przekształcone komórki są usuwane z organizmu z dużą wydajnością. Do usuwania komórek nowotworowych wkraczają różne typy komórek odpornościowych, takie jak cytotoksyczne limfocyty T, limfocyty T NK (NK), komórki NK lub makrofagi1,2,3. Niemniej jednak czasami mogą pojawić się przekształcone klony komórek, które przetrwają w stanie równowagi z układem odpornościowym gospodarza, który charakteryzuje się różnymi strategiami immunosupresyjnymi klonu komórek nowotworowych4. W końcu niektóre przekształcone komórki nabywają dalsze funkcje, które umożliwiają komórkom nowotworowym aktywne tłumienie odpowiedzi immunologicznej, co w konsekwencji prowadzi do wyrostka guza. Ta immunosupresja jest pośredniczona przez liczne mechanizmy, które obejmują ekspresję ligandów immunosupresyjnych na komórkach nowotworowych lub aktywną rekrutację lub pobudzanie immunoregulacyjnych lub immunosupresyjnych populacji komórek odpornościowych. Ta tak zwana koncepcja edycji immunologicznej pokazuje kluczową rolę modulacji immunologicznej podczas tworzenia i wzrostu nowotworu5.
Nie jest więc zaskakujące, że układ odpornościowy jest obecnie głównym celem nie tylko w terapii raka, ale także jako czynnik predykcyjny i prognostyczny w wielu jednostkach nowotworowych i warunkach terapeutycznych. W ciągu ostatnich lat inhibitory immunologicznych punktów kontrolnych (ICI) okazały się obiecującymi opcjami terapeutycznymi w różnych jednostkach raka litego, takich jak rak płaskonabłonkowy głowy i szyi (HNSCC) lub niedrobnokomórkowy rak płuca (NSCLC) w celu modulacji mikrośrodowiska guza (TME) w kierunku bardziej efektywnej przeciwnowotworowej odpowiedzi immunologicznej i zmniejszonej immunosupresji komórek nowotworowych6. Inhibitory immunologicznych punktów kontrolnych mają na celu zwiększenie zabijania komórek nowotworowych za pośrednictwem limfocytów T poprzez celowanie w cząsteczki immunologicznych punktów kontrolnych, takie jak cząsteczki białka programowanej śmierci 1 (PD-1) i jego oś liganda 1 (PD1 / PD-L1). Fakt ten podkreśla kluczową rolę limfocytów T w odporności przeciwnowotworowej. Na przykład w HNSCC ICI zostały z powodzeniem zatwierdzone jako terapia pierwszego rzutu w nawrotach i przerzutach HNSCC7. W związku z tym obecność cytotoksycznych limfocytów T w TME, a także ekspresja PD1 i PD-L1 na komórkach nowotworowych i limfocytach T, mogą służyć jako biomarkery predykcyjne w HNSCC8,9,10.
Mimo że limfocyty T odgrywają kluczową rolę w immunologii nowotworów i terapii nowotworów, wiele otwartych pytań dotyczących ich interakcji z nowotworem nadal wymaga rozwiązania. Obecnie dobrze wiadomo, że odpowiedź immunologiczna guza jest procesem dynamicznym i że immunogenność nowotworów może się zmieniać w trakcie trwania choroby i leczenia. Różne metody leczenia, takie jak chemioterapia (CT), radioterapia (RT) lub terapia celowana (TT), są szczególnie znane z modulowania fenotypu immunologicznego komórek nowotworowych. RT może napędzać regulację w górę cząsteczek immunologicznego punktu kontrolnego w tkance nowotworowej i zmieniać częstotliwość komórek naciekających nowotwór11,12. Z drugiej strony TT może również popierać korzystne zmiany w obrębie guza i TME poprzez bezpośrednią modulację adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej13,14,15,16. Jednak modulacje te są trudne do zbadania u pacjentów, ponieważ wymagałoby to powtarzalnego badania tkanki nowotworowej w trakcie leczenia. W związku z tym potrzebne są rozstrzygające eksperymentalne systemy modelowe do badania dynamicznego fenotypu immunologicznego komórek nowotworowych i limfocytów T oraz, co ważniejsze, ich interakcji.
Stąd, w celu analizy aktywności komórek T i interakcji komórek nowotworowych i limfocytów T, potrzebny jest kompleksowy test kohodowli ex vivo, który jest łatwy do wdrożenia w każdym laboratorium w oparciu o proste prace hodowlane i powszechnie stosowane analizy cytometrii przepływowej. Na podstawie istniejącego i dostępnego piśmiennictwa nie opublikowano dotychczas łatwego w użyciu i powszechnie stosowanego protokołu dotyczącego kohodowli limfocytów T i komórek nowotworowych. Mimo że ostatnio opublikowano kilka testów kohodowlanych dla limfocytów T i organoidów nowotworowych, technika hodowli komórkowych 3D nadal nie jest wdrażana jako standardowa technika w każdym laboratorium. W związku z tym udostępniamy protokół do stosowania w hodowli komórkowej 2D, który równie dobrze może zostać ustanowiony dla hodowli komórek 3D w przyszłości. Inne protokoły kohodowli 2D są często bardziej złożone, ponieważ wymagają na przykład transdukcji komórek nowotworowych za pomocą lucyferazy17 lub są odpowiednie tylko dla nowotworów hematologicznych (kokultura niedopasowanych limfocytów T z komórkami białaczkowymi)18. W opisanym tutaj teście limfocyty T od normalnych zdrowych dawców są izolowane z krwi obwodowej i stymulowane przeciwciałami anty-CD3 i anty-CD28. Następnie limfocyty T są hodowane wspólnie z (wstępnie) leczonymi komórkami nowotworowymi w celu analizy zdolności proliferacyjnej limfocytów T, a także ich aktywności za pomocą cytometrii przepływowej. W ten sposób wpływ różnych metod leczenia na fenotyp immunologiczny komórek nowotworowych, takich jak RT, CT lub TT, co z kolei wpływa na aktywność i proliferację limfocytów T, można łatwo przebadać i wykorzystać jako podstawę do głębszych analiz mechanistycznych i kolejnych wybranych analiz przedklinicznych in vivo. Opisany tutaj test oferuje łatwą w użyciu konfigurację, ponieważ nie są potrzebne żadne niekonwencjonalne urządzenia, techniki ani materiały. Ponadto test można łatwo dostosować do różnych linii komórek nowotworowych lub określonych podzbiorów limfocytów T (np. Limfocyty T CD4 +). Dzięki tej technice uzyskuje się wysoką standaryzację i powtarzalność.
Analiza ta obejmuje pobieranie krwi oraz hodowlę pierwotnych komórek ludzkich. W związku z tym dla tych analiz wymagana jest zgoda komisji etycznej. Wszystkie wyniki przedstawione w niniejszym manuskrypcie są objęte zatwierdzeniem etycznym badania IMMO-NHD, a od wszystkich dawców uzyskano pisemną świadomą zgodę. Zgoda została udzielona przez instytucjonalną komisję rewizyjną Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg w dniu 9 listopada 2022 r. (numer wniosku 21-415-B). Komórki nowotworowe HSC4 wykorzystane w tej badaniu pochodzą z dostępnej komercyjnie linii komórkowej.
Ten test egzemplifikuje wszystkie etapy analizy kokultury limfocytów T i komórek nowotworowych, z wykorzystaniem linii komórkowej raka płaskonabłonkowego głowy i szyi (HNSCC) HSC4 w schemacie leczenia obejmującym radioterapię (RT) oraz dwa specyficzne inhibitory kinaz. W związku z tym parametry takie jak liczba komórek, czasy trypsynizacji i schematy leczenia są specyficzne dla tej konfiguracji kokultury i powinny zostać dostosowane do innych linii komórek nowotworowych (patrz również sekcja Dyskusja). Wszystkie etapy wirowania przeprowadzono w temperaturze pokojowej. W niniejszym badaniu inhibitory kinaz AZD0156 i VE-822 zostały użyte w celu ukierunkowania na system naprawy uszkodzeń DNA (DDR) komórek HSC4. AZD0156 (Selleckchem) hamuje białko ATM (ataxia telangiectasia mutated), natomiast VE-822 (Selleckchem) celuje w białko ATR (ataxia telangiectasia and Rad3-related). Oba inhibitory były omawiane jako potencjalne środki zwiększające radiowrażliwość komórek nowotworowych. Są one rozpuszczone w dimetylosulfozydzie (DMSO) i przechowywane w temperaturze -20 °C. Rysunek 1 przedstawia schemat blokowy analizy ex vivo, szczegółowo opisujący kokulturę wcześniej potraktowanych komórek nowotworowych z ludzkimi limfocytami T CD8+ stymulowanymi CD3/CD28. Wykorzystane odczynniki i sprzęt wymieniono w Tabeli Materiałów.

Rycina 1: Schemat blokowy badania ex vivo poddanych wstępnej obróbce komórek nowotworowych w kokulturze z ludzkimi limfocytami T CD8+ stymulowanymi (CD3/CD28). Dzień 1: Wysiew komórek nowotworowych HSC4. Dzień 2: Obróbka komórek nowotworowych oraz izolacja, barwienie CFSE i wysiew ludzkich limfocytów T CD8+ na płytki pokryte przeciwciałami anty-CD3/CD28. Dzień 3: Obróbka komórek nowotworowych. Dzień 4: Policzanie komórek nowotworowych w reprezentatywnych studniach. Zbiór i policzanie wszystkich limfocytów T. Kokultywacja limfocytów T i komórek nowotworowych HSC4 w stosunku 1:1. Dzień 5–Dzień 8: Inkubacja kokultury. Dzień 8: Zbiór kokultury, zamrażanie supernatantów, barwienie przeciwciałami i analiza komórek metodą cytometrii przepływowej. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
1. Wysiewanie komórek nowotworowych (Dzień 1)
UWAGA: Czas trwania: 1 h. Ludzkie komórki nowotworowe HSC4 są przesiewane z butelek hodowlanych T75 do płytek 96-dołkowych.
2. Traktowanie komórek nowotworowych (Dzień 2)
UWAGA: Czas trwania: 3-5 h. Po 24 h inkubacji wcześniej wysiane komórki HSC4 można poddać działaniu zgodnie z wybranym schematem traktowania. W tym przykładowym przypadku komórki nowotworowe są traktowane inhibitorem ATM lub ATR. Ponadto, jedna z dwóch płytek 96-dołkowych jest następnie naświetlana dawką 2x 5 Gy.
3. Izolacja limfocytów T (Dzień 2)
UWAGA: Czas trwania: 4 h. Komórki T CD8+ są izolowane magnetycznie za pomocą anti-CD8 MicroBeads z PBMC po wirowaniu krwi obwodowej (PB) pochodzącej od zdrowych dorosłych dawców w gradiencie gęstości. Izolowane komórki T są następnie barwione CFSE i inkubowane na płytce wielodołkowej pokrytej CD3/CD28 w celu stymulacji. Aby w późniejszych etapach pracować w sposób oszczędny pod kątem zasobów i materiałów, istotne jest oszacowanie ilości komórek T potrzebnych do eksperymentów z kokulturą. W zależności od dawcy, z około 45 ml krwi z EDTA można wyizolować od 50 000 000 do 100 000 000 PBMC. Około 10% całkowitej liczby PBMC stanowią komórki T CD8+.
4. Rozpoczęcie kokultury (Dzień 4)
UWAGA: Czas trwania: 2 h. Po ustaleniu liczby komórek nowotworowych HSC4, do płytek 96-dołkowych dodaje się limfocyty T w stosunku 1:1.
5. Ilościowe oznaczenie proliferacji limfocytów T za pomocą cytometrii przepływowej (Dzień 7)
UWAGA: Czas trwania: 3 h. Po inkubacji kokultury przez kolejne 96 h, zawartość dołków jest zbierana i barwiona mieszanką przeciwciał zawierającą różne przeciwciała w zależności od hipotezy badawczej (na przykład przeciwciała anty-CD3, CD8, HLA-DR i CD25). Następnie komórki są analizowane za pomocą wielokolorowej cytometrii przepływowej.
6. Strategia bramowania i analiza danych

Rysunek 2: Strategia bramkowania wstępnie stymulowanych limfocytów T barwionych CFSE w celu analizy proliferacji po 96 h kokultury z wstępnie potraktowanymi komórkami nowotworu HNSCC. Limfocyty T i komórki nowotworowe są zbierane 96 h po kokulturze z płytki 96-dołkowej, barwione za pomocą specyficznego dla limfocytów T markera powierzchniowego i mierzone przy użyciu cytometru przepływowego. (A) Dublety wykluczono na podstawie FSC-A/FSC-H, a limfocyty T wybrano w pierwszej kolejności ze względu na wielkość (FSC-A/SSC-A). Następnie analizowano ekspresję CD3 (anty-CD3 Krome Orange) i CD8 (anty-CD8 PerCP-Cy5.5) w limfocytach T. Limfocyty T CD3+/CD8+ przedstawiono na histogramie i przeanalizowano intensywność sygnału CFSE. Sygnał CFSE reprezentuje podgrupy limfocytów T o zróżnicowanym zachowaniu proliferacyjnym. Limfocyty T z najwyższym sygnałem CFSE zdefiniowano jako „nieproliferujące”. Wszystkie subpopulacje wykazujące utratę sygnału CFSE, spowodowaną podziałem komórkowym prowadzącym do zmniejszenia sygnału o połowę, w oddzielnych pikuach, podsumowano jako „proliferujące”. Limfocyty T, które podzieliły się więcej niż trzy razy (więcej niż trzy piki sygnału CFSE), zdefiniowano jako „silnie proliferujące”. (B) Jako kontrolę dodatkowo zmierzono próbki składające się z samych wstępnie stymulowanych limfocytów T oraz samych wstępnie potraktowanych komórek nowotworowych. Limfocyty T i komórki nowotworu HSC4 można rozróżnić ze względu na wielkość, używając sygnału FSC-A vs. SSC-A. Ponadto przeanalizowano niestymulowane limfocyty T CD8+, aby sprawdzić aktywację limfocytów T wynikającą z samej kokultywacji z allogenicznymi komórkami nowotworowymi. (C) Jako kontrolę włączono inkubację niestymulowanych limfocytów T barwionych CFSE przez 96 h równolegle do kokultury. (D) Niestymulowane, barwione CFSE limfocyty T kokultywowano z wstępnie potraktowanymi komórkami nowotworowymi. Po 96 h zebrano komórki i zmierzono sygnał CFSE zgodnie ze standardową procedurą. Niestymulowane limfocyty T nie wykazały proliferacji ani samodzielnie, ani po kokultywacji z wstępnie potraktowanymi komórkami nowotworowymi. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 3: Strategia bramkowania ekspresji markerów powierzchniowych (CD25 i HLA-DR) związanych z aktywnością limfocytów T po 96 h współhodowli z uprzednio potraktowanymi komórkami HNSCC. (A) Dublety wykluczono na podstawie charakterystyki FSC-A/FSC-H, a następnie limfocyty T wybrano za pomocą bramkowania według wielkości (FSC-A/SSC-A). Następnie analizowano ekspresję CD3 (anty-CD3 Krome Orange) oraz CD8 (anty-CD8 PerCP-Cy5.5) w limfocytach T. Bramkowanie markerów aktywności CD25 (anty-CD25 PEDazzle594) i HLA-DR (anty-HLA-DR APC-Vio770) na powierzchni limfocytów T można przeprowadzić w dwóch różnych ustawieniach. (B) Bramkowanie wszystkich limfocytów T CD8+ w celu wyznaczenia procentowego udziału konkretnej subpopulacji CD25high lub HLA-DRhigh na podstawie wykresów gęstości. (C) Alternatywnie, dla obu markerów aktywności mierzono przesunięcie MFI dla całej populacji limfocytów T CD8+. Przedstawiono reprezentatywne obrazy z analizy ekspresji markerów powierzchniowych limfocytów T po współhodowli z komórkami nowotworowymi HSC4. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Komórki nowotworowe HSC4 pochodzące z HNSCC zostały wysiane i inkubowane przez noc. Po 24 h komórki poddano działaniu inhibitora kinazy. Po 3 h zastosowano dwie pierwsze dawki po 5 Gy na frakcję. Po 24 h podano drugą dawkę, a następnie komórki ponownie inkubowano przez noc. Równolegle, na 48 h przed rozpoczęciem kokultury, wyizolowano limfocyty T z krwi zdrowego dawcy. Najpierw PBMC wyizolowano przy użyciu probówek do centryfugowania w gradiencie gęstości oraz sterylnego medium separacyjnego. PBMC policzono za pomocą komory do liczenia komórek, a limfocyty T CD8+ wyizolowano przy użyciu zestawu do izolacji limfocytów T CD8+. Wyizolowane limfocyty T CD8+ zabarwiono CFSE (1 µM), a następnie przeliczono. Limfocyty T wysiano na płytki z dołkami uprzednio powleczonymi CD3/CD28 z gęstością 1,5 x 106 komórek/3 mL. Po 48 h stymulacji limfocyty T zebrano, policzono i resuspendowano do gęstości 10 000 komórek/10 µL. Dodatkowo zebrano i policzono reprezentatywne dołki z wysianymi komórkami nowotworowymi, a w pozostałych dołkach wymieniono medium. Limfocyty T dodano do komórek nowotworowych w stosunku 1:1. Kokulturę zebrano po 96 h, supernatant przechowywano w temperaturze -20 °C, a komórki zabarwiono i zmierzono za pomocą cytometrii przepływowej (Rycina 1).
Limfocyty T zidentyfikowano na podstawie wykluczenia wielkościowego oraz pozytywności dla CD3/CD8. Sygnał CFSE komórek CD3+/CD8+ wykazał rozkład nieproliferujących limfocytów T (wysoki sygnał CFSE) oraz wyraźne subpopulacje proliferujących limfocytów T (spadek intensywności sygnału CFSE). Proporcję proliferujących limfocytów T zmierzono przykładowo dla linii komórkowej HSC4 HNSCC (Rysunek 4A). Wszystkie limfocyty T, które przeszły co najmniej jeden podział, zdefiniowano jako „proliferujące”. Limfocyty T, które przeszły więcej niż 3 podziały, zdefiniowano jako „silnie proliferujące” (Rysunek 4B). W przypadku linii komórkowej HSC4 ujemnej pod kątem HPV wykryto niewielki wzrost tempa proliferacji, gdy limfocyty T były współhodowane z napromieniowanymi komórkami nowotworowymi. RT oraz RT wraz z inhibicją ATR doprowadziły do istotnie zwiększonej następczej proliferacji limfocytów T w porównaniu do współhodowli limfocytów T z komórkami HSC4 traktowanymi RT wraz z inhibicją ATM. W odniesieniu do frakcji „silnie proliferującej” limfocytów T, najskuteczniejszą metodą stymulowania proliferacji limfocytów T było wcześniejsze traktowanie komórek HSC4 za pomocą RT wraz z inhibicją ATR (Rysunek 4B).

Rysunek 4: Proliferacja limfocytów T barwionych CFSE w celu analizy zmian w proliferacji limfocytów T zależnych od traktowania komórek HSC4. (A) Odsetek proliferujących limfocytów T po 96h kokultury z uprzednio potraktowanymi, HPV-ujemnymi komórkami nowotworu HSC4. Proliferacja limfocytów T była znacząco niższa po kokulturze z komórkami nowotworu HSC4 traktowanymi RT+ATMi w porównaniu do traktowania RT lub RT plus ATRi. (B) RT komórek nowotworu HSC4 indukowała wyższą frakcję silnie proliferujących limfocytów T (więcej niż trzy podziały komórkowe). Po kokulturze uprzednio potraktowanych RT+ATRi komórek nowotworu HSC4 z limfocytami T, odsetek silnie proliferujących limfocytów T był najwyższy. Słupki przedstawiają dane z czterech niezależnych eksperymentów z limfocytami T od czterech niezależnych, zdrowych dawców (n = 4; średnia ± SD). (*p≤ 0.05, **p≤ 0.01, ***p≤ 0.001, ****p≤ 0.0001; istotność statystyczną przetestowano poprzez porównanie wszystkich warunków eksperymentalnych ze sobą przy użyciu dwustronnego testu U Manna-Whitneya dla danych o rozkładzie nieprawidłowym). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Utratę CFSE w zależności od proliferacji można wykorzystać do ilościowego określenia tempa proliferacji limfocytów T. Ponadto opisano kilka markerów powierzchniowych komórek, które są powiązane z aktywnością limfocytów T, takich jak CD25 i HLA-DR. W związku z tym przeprowadzono analizę CD25 i HLA-DR na powierzchni wszystkich limfocytów T CD3+ i CD8+ za pomocą cytometrii przepływowej (Rycina 5). Ekspresję można określić ilościowo, jeśli możliwe jest wykrycie wyraźnych subpopulacji CD25high lub HLA-DRhigh, które można wydzielić poprzez gating tych silnie pozytywnych komórek (Rycina 3B). W przypadku braku wyraźnych subpopulacji można zmierzyć średnią intensywność fluorescencji (MFI) całej populacji i określić ilościowo przesunięcia MFI zależne od warunków (Rycina 3C).
Przykładowo, ekspresję CD25 i HLA-DR, określoną za pomocą MFI, przeanalizowano po 96 h kokultury z uprzednio potraktowanymi komórkami nowotworowymi HSC4 (Rysunek 5). Po kokulturze limfocytów T z komórkami nowotworowymi HSC4 poddanymi RT, ekspresja CD25 na limfocytach T była silnie obniżona. Warto zauważyć, że potraktowanie komórek nowotworowych jedynie ATMi doprowadziło do znaczącego zmniejszenia ekspresji CD25 w porównaniu z potraktowaniem ATRi. W układzie łączonym z RT, mimo że RT spowodowała zmniejszenie ekspresji CD25 na limfocytach T, kombinacja RT z ATMi doprowadziła do zwiększenia ekspresji CD25 w porównaniu z RT plus ATRi (Rysunek 5A). W odniesieniu do ekspresji HLA-DR na limfocytach T, RT ogólnie prowadziła do upregulacji HLA-DR, lecz ponownie w kombinacji z ATMi lub ATRi zaobserwowano odmienne zachowanie (Rysunek 5B). Limfocyty T w kokulturze z komórkami HSC4 potraktowanymi kombinacją RT+ATRi wykazały zwiększoną ekspresję HLA-DR w porównaniu z samą RT lub RT+ATMi.

Rysunek 5: Ekspresja markerów aktywacji CD25 i HLA-DR na powierzchni limfocytów T po 96 h kokultury z wstępnie potraktowanymi komórkami nowotworowymi HSC4. Ekspresję CD25 i HLA-DR analizowano na podstawie przesunięcia MFI całej populacji limfocytów T. RT komórek HSC4 spowodowało zmniejszenie ekspresji CD25 na limfocytach T oraz zwiększenie ekspresji HLA-DR. Połączenie RT z ATMi doprowadziło do znacznie odmiennych wzorców ekspresji w porównaniu do RT i ATRi. Wykresy pudełkowe przedstawiają dane z czterech niezależnych eksperymentów z użyciem limfocytów T od czterech niezależnych, zdrowych dawców (n = 4; średnia ± SD). Dane analizowano poprzez porównanie wszystkich warunków eksperymentalnych między sobą, stosując dwustronny test U Mann-Whitneya dla danych o rozkładzie nieparametrycznym (*p≤ 0.050). Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.
Dane te egzemplarycznie wskazują, że traktowanie komórek nowotworowych, w tym przypadku komórek HSC4 HNSCC, wpływa na immunogenność komórek nowotworowych. Można to monitorować poprzez kokultywację komórek nowotworowych z wcześniej stymulowanymi limfocytami T, co prowadzi do zróżnicowanego zachowania proliferacyjnego i ekspresji markerów aktywacji na ludzkich limfocytach T, w zależności od zastosowanego schematu traktowania komórek nowotworowych.
Przedstawiony tutaj protokół oferuje szybką i łatwą metodę analizy zdolności proliferacyjnych limfocytów T wraz z ich statusem aktywacji w warunkach kohodowli ze wstępnie leczonymi komórkami nowotworowymi. W ten sposób można łatwo badać wpływ różnych metod leczenia, takich jak RT, CT lub TT, na aktywność i proliferację limfocytów T, budując podstawy do dalszych głębszych analiz immunologicznych obiecujących podejść. Reprezentatywne wyniki przedstawione w tym manuskrypcie dowodzą, że ten allogeniczny test kohodowli limfocytów T działa dobrze. Znaczące różnice w proliferacji limfocytów T, a także w aktywności limfocytów T, zaobserwowano w przypadku kohodowli z inaczej traktowanymi ludzkimi komórkami HSC4 (HNSCC) (Figura 4 i Figura 5). Stwierdzono, że leczenie HSC4 samą RT lub w połączeniu z TT spowodowało zwiększoną proliferację limfocytów T, w szczególności w odniesieniu do wysoce proliferacyjnej frakcji limfocytów T (ryc. 4). Zgodnie z ilościowym określeniem szybkości proliferacji, na stan aktywacji limfocytów T również w różny sposób wpływały różne schematy leczenia. Podsumowując, zastosowanie RT spowodowało silną regulację w dół ekspresji CD25 na limfocytach T, podczas gdy ekspresja HLA-DR była regulowana w górę. RT indukuje uszkodzenia DNA w napromieniowanych komórkach nowotworowych, co z kolei prowadzi do komórkowych reakcji na stres, które obejmują uwalnianie cząsteczek i cytokin związanych ze stresem i uszkodzeniem, a także ekspresję modulujących immunologicznie ligandów powierzchniowych komórek19.
Połączenie RT z TT w postaci inhibitorów naprawy DNA dodatkowo wzmacnia i utrzymuje te efekty, ponieważ komórki nowotworowe nie są w stanie skutecznie naprawić uszkodzeń DNA wywołanych przez RT. Może to dodatkowo promować i utrzymywać wydzielanie czynników immunogennych i ekspresję immunogennych ligandów powierzchniowychkomórek 20. W związku z tym wykazaliśmy wcześniej, że leczenie komórek nowotworowych (HNSCC) inhibitorami RT i uszkodzeń DNA zmienia fenotyp immunologiczny na powierzchni komórki nowotworowej. Modulacja fenotypu immunologicznego obejmowała regulację cząsteczki stymulującej układ odpornościowy ICOS-L, a także cząsteczki immunosupresyjnej PD-L111. W odpowiedzi na tę modulację fenotypu immunologicznego komórek nowotworowych, limfocyty T mogą również regulować ekspresję markerów aktywacji na powierzchni komórki. Co więcej, RT jest dobrze znany z tego, że stymuluje uwalnianie cytokin prozapalnych, takich jak IFNγ lub IL-6, które z kolei wpływają na proliferację i aktywność limfocytów T21. Ekspresja markerów aktywacji na limfocytach T jest procesem bardzo dynamicznym. Dane z Zimmerman i wsp.22 wykazały, że CD25 ulega wysokiej ekspresji 24 godziny po stymulacji, ale jest ponownie obniżony po 96 godzinach po stymulacji. Jest to zgodne z naszymi ustaleniami. Natomiast HLA-DR jest markerem aktywacji późnej fazy i jest na ogół poprzedzony wzrostem CD25 i CD6923. Zauważalnie połączenie RT + ATRi prowadzi do znacznej regulacji w górę HLA-DR na limfocytach T w porównaniu z RT + ATMi. Odkrycie to jest zgodne z pracami Dilliona i wsp., którzy wykazali synergistyczne działanie ATRi + RT w indukowaniu stanu zapalnego TME24. Mniej wyraźną modulację aktywności i proliferacji limfocytów T osiągnięto dzięki leczeniu komórek nowotworowych samymi inhibitorami kinazy (ryc. 5). Może to wynikać z faktu, że inhibitory naprawy DNA ATMi i ATRi działają jako wzmacniacz uszkodzeń DNA wywołanych przez RT i w związku z tym nie są bardzo immunogenne, gdy są stosowane w monoterapii. Wykazaliśmy już minimalną toksyczność ATMi lub samego ATRi11. Podsumowując, wyniki potwierdzają potencjał immunogenny RT (i TT z inhibitorami uszkodzeń DNA) i dodatkowo wskazują, że ten eksperymentalny system jest odpowiedni do badań przesiewowych zdolności immunostymulacyjnych różnych metod leczenia w ludzkich komórkach raka głowy i szyi.
Mimo że przedstawiona tutaj metoda jest łatwa i solidna, w protokole należy wcześniej rozważyć kilka krytycznych kroków. Konieczna jest obecność wysokich stężeń EDTA podczas procesu izolacji, a także podczas analizy cytometrycznej przepływowej limfocytów T. Dlatego zaleca się pobranie krwi dawcy do probówek pobranych pokrytych EDTA i użycie buforu MACS uzupełnionego 10 mM EDTA w celu zapewnienia skutecznej izolacji limfocytów T i wytworzenia jednorodnej zawiesiny pojedynczej komórki do oceny cytometrii przepływowej. Ponadto skład pożywki limfocytów T ma duże znaczenie dla zdolności proliferacyjnej limfocytów T. Po przetestowaniu różnych składów pożywek hodowlanych, pożywka o niskich stężeniach L-argininy i L-lizyny daje najlepszy sygnał proliferacji limfocytów T, ponieważ L-arginina ma kluczowe znaczenie dla metabolizmu i przeżycia komórek T i powinna być dostarczana w odpowiednim stężeniu25,26. Należy jednak pamiętać, że roztwory L-argininy i L-lizyny nie są stabilne przez długi czas i dlatego należy je zużyć w ciągu 3 miesięcy. Aby uzyskać optymalną stymulację, pożywka z limfocytów T uzupełniona aminokwasami musi być przygotowywana na świeżo do każdego eksperymentu z hodowlą limfocytów T. Co więcej, liczba komórek limfocytów T, a także komórek nowotworowych, są krytycznymi czynnikami, które należy wziąć pod uwagę, ponieważ wpływają one na odczyt eksperymentu.
W przypadku komórek nowotworowych, z jednej strony, pożądana jest zbieżność komórek od 70% do 80% pod koniec eksperymentu z kokulturą. Przerost komórek nowotworowych może powodować wydzielanie czynników, które hamują wzrost komórek, a następnie wpływa również na tempo proliferacji limfocytów T. Ponieważ wzrost komórek nowotworowych jest w dużym stopniu zależny od pojedynczej linii komórkowej, zalecamy dokładne przetestowanie zachowania wzrostu odpowiedniej linii komórek nowotworowych w różnych płytkach dołkowych i dla różnych schematów leczenia. Ponadto komórki nowotworowe i limfocyty T powinny być hodowane wspólnie w stosunku 1:1. W związku z tym obowiązkowe jest wysiewanie dodatkowej studzienki komórek nowotworowych dla każdego warunku leczenia, która może być wykorzystana do określenia liczby komórek w dniu rozpoczęcia kohodowli. W ten sposób można zapewnić, że odpowiednia liczba limfocytów T zostanie wysiana dla różnych warunków leczenia. Jeśli chodzi o liczbę komórek limfocytów T, należy wziąć pod uwagę, że ilość limfocytów T, które można wyizolować od zdrowego dawcy, jest bardzo indywidualna. Limfocyty T stanowią około 45% do 70% PBMC zdrowego dawcy27. W związku z tym wymagana ilość limfocytów T powinna być już ogólnie oszacowana w momencie pobrania krwi. Ponadto gęstość limfocytów T jest ważna dla skuteczności aktywacji limfocytów T i ich przeżycia. W związku z tym limfocyty T należy wysiać w stężeniu co najmniej 1,5 miliona komórek na studzienkę 6-dołkowej płytki w 3 ml pożywki z komórek T w celu wstępnej stymulacji przed rozpoczęciem kohodowli. Możliwa jest wyższa gęstość limfocytów T, ale należy unikać mniejszej gęstości. Aktywację limfocytów T można również ocenić morfologicznie pod mikroskopem, ponieważ aktywowane limfocyty T mają tendencję do tworzenia klastrów komórek.
Ponieważ metoda ta jest uproszczonym systemem eksperymentalnym do badania zdolności immunostymulacyjnych różnych linii komórek nowotworowych i metod leczenia, ma pewne ograniczenia, które należy wziąć pod uwagę. Po pierwsze, test ten opiera się na systemie allogenicznym, co oznacza, że limfocyty T dawcy nie są dopasowane do HLA z odpowiednią linią komórek nowotworowych. Tak więc to niedopasowanie HLA może już indukować stymulację limfocytów T, a następnie proliferację limfocytów T bez dalszej stymulacji ze strony leczenia komórkami nowotworowymi28. Aby określić ilościowo ten niepożądany efekt, wyizolowane limfocyty T hodowano wspólnie z linią komórkową HSC4 bez wcześniejszej stymulacji przeciwciałami CD28 i CD3. Stwierdzono, że w tym otoczeniu prawie nie indukowano proliferacji, co wskazuje, że niedopasowanie HLA ma tylko niewielki wpływ na aktywację limfocytów T w tym konkretnym środowisku eksperymentalnym. Poza tym stwierdzono istotne różnice w proliferacji i aktywacji limfocytów T w oparciu o leczenie komórkami nowotworowymi pomimo ustawienia allogenicznego. Niemniej jednak, w celu ustanowienia tego testu, potencjalna proliferacja limfocytów T indukowana przez allogeny powinna zostać przetestowana i określona ilościowo raz na początku doświadczeń. Zalecane kontrole "tylko limfocyty T" i "tylko komórki nowotworowe" są potrzebne do wystarczającego bramkowania i są obowiązkowe w każdej powtórzeniu eksperymentów. Niemniej jednak należy pamiętać, że allogeniczny system kohodowli nie rozpoznaje antygenu specyficznego dla nowotworu. W związku z tym system ten może nie odzwierciedlać dokładnie specyficznej odpowiedzi przeciwnowotworowej, tak jak miałoby to miejsce in vivo u pacjentów29,30. W celu dalszej poprawy bardziej wyrafinowanym otoczeniem byłoby autologiczne podejście oparte na współkulturze. W tym ustawieniu biopsje guza pochodzące od pacjenta muszą być hodowane i wprowadzane do hodowli z limfocytami T wyizolowanymi z krwi obwodowej tego samego pacjenta28. To eksperymentalne podejście może być jednak wyzwaniem nie tylko pod względem hodowli pierwotnych komórek nowotworowych, ale także pod względem dostępności biomateriału pochodzącego od pacjenta. Kolejnym ograniczeniem, które należy wziąć pod uwagę, jest stosunek komórek nowotworowych do limfocytów T w kohodowli. Ponieważ zalecany stosunek komórek wynosi 1:1, stosunek ten nie odzwierciedla fizjologicznej sytuacji TME u pacjentów31. Należy jednak zaakceptować to ograniczenie, ponieważ przy niższej liczbie limfocytów T zmiany w szybkości proliferacji i statusie aktywacji nie są mierzalne.
W dziedzinie immunologii nowotworów test ten daje możliwość przeprowadzenia badań przesiewowych pod kątem immunogenności różnych metod leczenia w łatwym i szybkim eksperymentalnym warunkach in vitro . W związku z tym można zaoszczędzić czas nie tylko poprzez wstępne badania przesiewowe najbardziej obiecujących metod pod względem immunogenności, ale także poprzez eksperymenty in vivo . Modele zwierzęce można ograniczyć, ponieważ tylko obiecujące schematy leczenia mogą być dalej realizowane w modelach zwierzęcych, aby odzwierciedlić układ odpornościowy jako całość w organizmie. Ponadto, ponieważ test ten opiera się na ludzkich komórkach pierwotnych i ludzkich liniach komórek rakowych, wyniki mogą być bardziej przekładalne na praktykę kliniczną niż testy oparte na innych systemach modelowych i gatunkach.
W przyszłości test ten może być modulowany i dostosowywany, aby odpowiadał na bardziej szczegółowe pytania badawcze. Na przykład, można uwzględnić leczenie limfocytami T, aby odzwierciedlić scenariusz leczenia, który jest bliższy sytuacji u pacjentów. Ponieważ limfocyty T reagujące z nowotworem znajdują się głównie w TME, są one w równym stopniu dotknięte terapiami miejscowymi, takimi jak RT, i prawdopodobnie są również dotknięte terapiami ogólnoustrojowymi, takimi jak CT lub TT32. Kolejnym ulepszeniem testu jest współhodowla limfocytów T ze sferoidami guza z linii komórek nowotworowych, a nawet współhodowla z organoidami nowotworowymi pochodzącymi od pacjenta. Te trójwymiarowe hodowle są bardziej porównywalne ze strukturą guza u pacjenta28. Wreszcie, również odczyt eksperymentu za pomocą cytometrii przepływowej może być łatwo dostosowany w celu zbadania dalszych cząsteczek na powierzchni limfocytów T lub poprzez analizę ekspresji cząsteczek immunologicznego punktu kontrolnego na komórkach nowotworowych. Oprócz określenia fenotypu immunologicznego limfocytów T, można wykorzystać supernatanty z hodowli komórkowych z eksperymentów z kokulturą do ilościowego określenia wydzielanych cytokin lub chemokin, aby uzyskać więcej informacji na temat aktywności limfocytów T. Podsumowując, protokół ten zapewnia kompleksowy, solidny i łatwy test kohodowli limfocytów T i komórek nowotworowych, który umożliwia badania przesiewowe pod kątem immunogenności różnych metod leczenia raka. Ponieważ test ten można dostosować do określonych pytań badawczych, doskonale nadaje się do zastosowania w szerokiej dziedzinie immunologii nowotworów.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
To badanie zostało częściowo sfinansowane przez Interdyscyplinarne Centrum Badań Klinicznych w Erlangen (IZKF Erlangen) oraz Bayerisches Zentrum für Krebsforschung (BZKF).
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Probówki Cellstar 15 ml | Greiner Bio-One GmbH | 188271 | |
| Probówki Cellstar 50 ml | Greiner Bio-One GmbH | 227261 | |
| 6-dołkowa płytka do hodowli komórkowych sterylna, z pokrywką | Greiner Bio-One GmbH | 657160 | |
| 96-dołkowa płytka do hodowli komórkowej sterylna, z dnem F, z pokrywką | Greiner Bio-One GmbH | 655180 | |
| AZD0156 | Selleck Chemicals GmbH | S8375 | |
| Berzosertib (VE-822) | Selleck Chemicals GmbH | S7102 | |
| CASYcups | OMNI Life Science GmbH & Co KG | ||
| CASYton | OMNI Life Science GmbH & Co KG | ||
| CD25a, PE-Dazzle594, Mysz IgG1 | Biolegend | 356126 | |
| CD28-UNLB | Beckmann Coulter, Inc. | IM1376 | |
| CD3a, Krome Pomarańczowy, Mysz IgG1 | Beckmann Coulter, Inc. | B00068 | |
| Przeciwciało monoklonalne CD3e | Thermo-Fisher Scientific, Inc. | MA1-10176 | |
| CD4, APC, Mysi anty-ludzki mysz IgG1 | BD Pharmingen | 555349 | |
| CD8 MicroBeads, human | Miltenyi Biotec, Inc. | 130-045-201 | |
| CD8a, PerCP-Cy5.5, Mysz IgG1 | Biolegend | 300924 | |
| CellTracker Ciemnoczerwony barwnik | Thermo Fisher Scientific, Inc. | C34565 | |
| CFSE& | nbsp; Merck KGaA (Sigma-Aldrich) | 21888 | |
| DMEM (Dulbecco´ s Zmodyfikowany orzeł i ostry; s Medium) | PAN-Biotech GmbH | P04-02500 | |
| Cytometr przepływowy DxFlex (z automatyczną ładowarką) | Beckmann Coulter, Inc. | C44326, C02846 | |
| Sól disodowa EDTA dwuwodna | Carl Roth GmbH + Co. KG | 8043.2 | |
| FBS superior | Merck KGaA (Sigma-Aldrich) | S0615-500ML | |
| FBS superior | Merck KGaA (Sigma-Aldrich) | S0615-100ML | Do produkcji FBS inaktywowanego termicznie. Podgrzewać przez 30 min w temperaturze 56 stopni; C z mieszaniem w celu inaktywacji białek dopełniacza. |
| Graph Pad Prism (wersja numer 9) | Oprogramowanie GraphPad-HLA-DR | ||
| , DP, DQ Przeciwciało, anty-ludzkie, APC-Vio770 | Miltenyi Biotec, Inc. | 130-123-550 | |
| Kaluza (numer wersji 2.1) | Beckmann Coulter, Inc. | - | |
| L-arginina | Merck KGaA (Sigma-Aldrich) | A8094-25G | |
| Monochlorowodorek L-lizyny | Merck KGaA (Sigma-Aldrich) | L5626-100G | |
| MACS BSA Roztwór podstawowy | Miltenyi Biotec, Inc. | 130-091-376 | |
| Kolumny MS | Miltenyi Biotec, Inc. | 130-042-201 | |
| Ulepszona komora licząca Neubauer | Paul Marienfeld GmbH & Co. KG | 640010 | |
| PBS | Merck KGaA (Sigma-Aldrich) | D8537-500mL | |
| Penicylina-Streptomycyna | Thermo-Fisher Scientific, Inc. | 1514-122 | |
| ROTISep 1077 | Carl Roth GmbH + Co. KG | 0642.2 | |
| RPMI-1640 Medium | Merck KGaA (Sigma-Aldrich) | R1790 | |
| SepMate 50mL probówki | Stemcell Technologies | 85450 | |
| Trypan niebieski | Merck KGaA (Sigma-Aldrich) | T6146-25G | |
| Trypsin | Thermo-Fisher Scientific, Inc. |