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.
Ten test obejmuje pobieranie krwi i hodowlę ludzkich komórek pierwotnych. W związku z tym w przypadku tych analiz obowiązkowy jest etyczny głos. Wszystkie wyniki przedstawione w tym manuskrypcie są objęte aprobatą etyczną badania IMMO-NHD i uzyskano pisemną świadomą zgodę od wszystkich dawców. Zatwierdzenie zostało udzielone przez instytucjonalną komisję rewizyjną Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg w dniu 9 listopada 2022 r. (numer wniosku 21-415-B). Komórki nowotworowe HSC4 użyte w tym badaniu pochodzą z dostępnej na rynku linii komórkowej.
Ten test ilustruje wszystkie etapy testu kohodowli komórek T i komórek nowotworowych, przy użyciu linii komórkowej ludzkiego raka płaskonabłonkowego głowy i szyi (HNSCC) HSC4 w leczeniu obejmującym radioterapię (RT) i dwa specyficzne inhibitory kinazy. W związku z tym parametry takie jak liczba komórek, czas trypsynizacji i schematy leczenia są specyficzne dla tego środowiska kohodowli i powinny być dostosowane do innych linii komórek nowotworowych (patrz również sekcja Dyskusja). Wszystkie etapy wirowania przeprowadzono w temperaturze pokojowej. W tym badaniu inhibitory kinaz AZD0156 i VE-822 zostały wykorzystane do celowania w system naprawy uszkodzeń DNA (DDR) komórek HSC4. AZD0156 (Selleckchem) hamuje białko zmutowane do ataksji teleangiektazji (ATM), podczas gdy VE-822 (Selleckchem) jest ukierunkowany na ataksję-teleangiektazję i białko związane z Rad3 (ATR). Oba inhibitory zostały omówione jako potencjalne środki zwiększające wrażliwość na promieniowanie w komórkach nowotworowych. Rozpuszcza się je w dimetylosulfotlenku (DMSO) i przechowuje w temperaturze -20 °C. Rysunek 1 przedstawia schemat blokowy testu ex vivo, szczegółowo opisujący kohodowlę wstępnie leczonych komórek nowotworowych z ludzkimi limfocytami T CD8 + stymulowanymi CD3/CD28. Stosowane odczynniki i sprzęt są wymienione w Tabeli Materiałów.

Rysunek 1: Schemat blokowy testu ex vivo wstępnie leczonych komórek nowotworowych w ko-hodowli z (CD3/CD28) stymulowanymi ludzkimi limfocytami T CD8+. Dzień 1: Wysiew komórek nowotworowych HSC4. Dzień 2: Leczenie komórek nowotworowych i izolacja, barwienie CFSE i wysiew do płytek pokrytych CD3 / CD28 ludzkich limfocytów T CD8 +. Dzień 3: Leczenie komórek nowotworowych. Dzień 4: Liczenie reprezentatywnych dołków komórek nowotworowych. Pobieranie i liczenie wszystkich limfocytów T. Współhodowla limfocytów T i komórek nowotworowych HSC4 w stosunku 1:1. Dzień 5-Dzień 8: Inkubacja kokultur. Dzień 8: Zbiór kokultur, zamrożenie supernatantów, barwienie na podstawie przeciwciał i analiza komórek za pomocą cytometrii przepływowej. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
1. Wysiewanie komórek nowotworowych (Dzień 1)
UWAGA: Czas trwania: 1 godzina. Ludzkie komórki nowotworowe HSC4 są wysiewane z butelek do hodowli komórek T75 na płytki 96-dołkowe.
2. Leczenie komórek nowotworowych (Dzień 2)
UWAGA: Czas trwania: 3-5 godzin. Po czasie inkubacji wynoszącym 24 godziny, wcześniej wysiane komórki HSC4 można poddać zabiegowi zgodnie z pożądanym schematem zabiegu. W tym przykładowym przypadku komórki nowotworowe są leczone inhibitorem ATM lub ATR. W tym przypadku dodatkowo jedna z dwóch 96-dołkowych płytek jest następnie napromieniowywana 2x 5 Gy.
3. Izolacja limfocytów T (Dzień 2)
UWAGA: Czas trwania: 4 godziny. Limfocyty T CD8+ są magnetycznie izolowane za pomocą mikrogranulek anty-CD8 z PBMC po odwirowaniu gradientu gęstości krwi obwodowej (PB) pochodzącej od zdrowych dorosłych dawców. Wyizolowane limfocyty T są następnie barwione CFSE i inkubowane na płytce dołkowej pokrytej CD3 / CD28 w celu stymulacji. Aby w późniejszych krokach móc pracować z zasobami i materiałem przyjaznymi dla zasobów, ważne jest, aby oszacować ilość limfocytów T, które są potrzebne do eksperymentów z kokulturą. W zależności od dawcy z około 45 ml krwi EDTA można wyizolować od 50 000 000 do 100 000 000 PBMC. Około 10% wszystkich PBMC to limfocyty T CD8 +.
4. Początek wspólnej kultury (Dzień 4)
UWAGA: Czas: 2 godziny. Po określeniu liczby komórek nowotworowych HSC4, limfocyty T dodaje się do 96-dołkowych płytek w stosunku 1:1.
5. Kwantyfikacja proliferacji limfocytów T za pomocą cytometrii przepływowej (Dzień 7)
UWAGA: Czas trwania: 3h. Po inkubacji kokultury przez kolejne 96 godzin, studzienki są zbierane i barwione przez mieszaninę 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 bramkowania i analiza danych

Rysunek 2: Strategia bramkowania wybarwionych CFSE, wstępnie stymulowanych limfocytów T do analizy proliferacji po 96 godzinach wspólnej hodowli z wstępnie leczonymi komórkami nowotworowymi HNSCC. Limfocyty T i komórki nowotworowe pobiera się 96 godzin po wspólnej hodowli z 96-dołkowej płytki, barwi za pomocą markera powierzchniowego specyficznego dla limfocytów T i mierzy za pomocą urządzenia do cytometrii przepływowej. (A) Dublety wykluczono na podstawie FSC-A / FSC-H, a limfocyty T zostały najpierw bramkowane według wielkości (FSC-A / SSC-A). Limfocyty T poddano dalszej analizie pod kątem ekspresji CD3 (anty-CD3 Krome Orange) i CD8 (anty-CD8 PerCP-Cy5.5). Limfocyty T CD3 + / CD8 + wykreślono na histogramie i przeanalizowano intensywność sygnału CFSE. Sygnał CFSE reprezentuje podgrupy limfocytów T o zróżnicowanym zachowaniu proliferacji. Limfocyty T o najwyższym sygnale CFSE zdefiniowano jako "nieproliferacyjne". Wszystkie subpopulacje wykazujące utratę sygnału CFSE, spowodowaną podziałem komórki prowadzącym do połowy sygnału, w wyraźnych pikach podsumowano jako "proliferacyjne". Limfocyty T, które dzieliły się więcej niż trzy razy (więcej niż trzy piki sygnału CSFE) zostały zdefiniowane jako "wysoce proliferacyjne". (B) Jako kontrola, próbki składające się tylko ze wstępnie stymulowanych limfocytów T i tylko wstępnie leczonych komórek nowotworowych są dodatkowo mierzone. Limfocyty T i komórki nowotworowe HSC4 można rozróżniać według wielkości za pomocą FSC-A vs. Sygnał SCC-A. Ponadto przeanalizowano niestymulowane limfocyty T CD8 + w celu sprawdzenia aktywacji limfocytów T w oparciu o kohodowlę z samymi allogenicznymi komórkami nowotworowymi. (C) Jako kontrolę, włączono inkubację niestymulowanych limfocytów T barwionych CFSE przez 96 godzin równolegle z kokulturą. (D) Niestymulowane, barwione CFSE limfocyty T były współhodowane ze wstępnie leczonymi komórkami nowotworowymi. Po 96 godzinach pobrano komórki, a sygnał CFSE zmierzono przy użyciu standardowej procedury. Niestymulowane limfocyty T nie wykazywały proliferacji ani samodzielnie, ani po współhodowli z wcześniej leczonymi komórkami nowotworowymi. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Strategia bramkowania ekspresji markerów powierzchniowych (CD25 i HLA-DR) związanych z aktywnością limfocytów T po 96 godzinach wspólnej hodowli z wcześniej potraktowanymi komórkami HNSCC. (A) Dublety wykluczono na podstawie ich charakterystyki FSC-A / FSC-H, a limfocyty T zostały najpierw bramkowane według wielkości (FSC-A / SSC-A). Limfocyty T poddano dalszej analizie pod kątem ekspresji CD3 (anty-CD3 Krome Orange) i CD8 (anty-CD8 PerCP-Cy5.5). 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 + dla procentuokreślonej subpopulacji owysokim poziomie CD25 lub HLA-DR na podstawie wykresów gęstości. (C) Alternatywnie przeprowadza się pomiar przesunięcia MFI całej populacji limfocytów T CD8 + dla obu markerów aktywności. Przedstawiono reprezentatywne obrazy z analizy ekspresji markerów powierzchniowych limfocytów T po jednoczesnej hodowli z komórkami nowotworowymi HSC4. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Komórki nowotworowe HSC4 pochodzące z HNSCC zostały wysiane i inkubowane przez noc. Po 24 godzinach komórki potraktowano inhibitorem kinazy. Po 3 godzinach zastosowano pierwsze dwie dawki po 5 Gy na frakcję. Po 24 godzinach zastosowano drugą dawkę, a komórki ponownie inkubowano przez noc. Równolegle, 48 godzin przed rozpoczęciem kohodowli, limfocyty T wyizolowano z krwi zdrowego dawcy. W pierwszej kolejności PBMC wyizolowano za pomocą probówek wirujących z gradientem gęstości i sterylnego podłoża separacyjnego. PBMC zliczono za pomocą komory do zliczania komórek, a limfocyty T CD8 + wyizolowano za pomocą zestawu do izolacji limfocytów T CD8 +. Wyizolowane limfocyty T CD8 + wybarwiono następnie CFSE (1 μM), a następnie zliczono. Limfocyty T wysiewano w wstępnie powlekanych płytkach dołkowych CD3 / CD28 o gęstości 1,5 x 106 komórek / 3 ml. Po 48 godzinach stymulacji limfocyty T zostały pobrane, policzone i ponownie zawieszone w gęstości 10 000 komórek/10 μl. Dodatkowo zebrano i policzono reprezentatywne studzienki wysianych komórek nowotworowych, a pożywkę wymieniono na wszystkie pozostałe dołki. Limfocyty T dodawano do komórek nowotworowych w stosunku 1:1. Współkulturę zebrano po 96 godzinach, supernatant przechowywano w temperaturze -20 °C, a komórki wybarwiono i zmierzono za pomocą cytometrii przepływowej (Ryc. 1).
T limfocyty zostały zidentyfikowane przez wykluczenie rozmiaru i dodatni wynik CD3/CD8. Sygnał CFSE komórek CD3 + / CD8 + dodatnich wykazał rozmieszczenie nieproliferacyjnych limfocytów T (wysoki sygnał CFSE) i odrębne subpopulacje proliferujących limfocytów T (utrata intensywności sygnału CFSE). Proporcja proliferujących limfocytów T została przykładowo zmierzona dla linii komórkowej HSC4 HNSCC (Figura 4A). Wszystkie limfocyty T, które wykazywały co najmniej jeden podział, zostały zdefiniowane jako "proliferacyjne". Limfocyty T, które wykazywały więcej niż 3 podziały, zostały zdefiniowane jako "wysoce proliferacyjne" (Figura 4B). W przypadku HPV-ujemnej linii komórkowej HSC4 wykryto niewielki wzrost szybkości proliferacji, gdy limfocyty T były współhodowane z napromieniowanymi komórkami nowotworowymi. RT i RT plus hamowanie ATR skutkowały znacznie zwiększoną sekwencyjną proliferacją limfocytów T w porównaniu z kohodowlami komórek HSC4 traktowanych RT plus ATM z limfocytami T. Jeśli chodzi o "wysoce proliferacyjną" frakcję limfocytów T, wstępne traktowanie komórek HSC4 RT oraz hamowanie ATR było najbardziej skuteczne w stymulowaniu proliferacji limfocytów T (Figura 4B).

Rysunek 4: Proliferacja limfocytów T barwionych CFSE do analizy zależnych od leczenia zmian w proliferacji limfocytów T. (A) Odsetek proliferujących limfocytów T po 96 godzinach wspólnej hodowli z wcześniej leczonymi komórkami nowotworowymi HSC4 HPV-ujemnymi. Proliferacja limfocytów T była znacznie niższa po jednoczesnej hodowli z komórkami nowotworowymi HSC4 traktowanymi RT + ATMi w porównaniu z leczeniem RT lub RT plus ATRi. (B) RT komórek nowotworowych HSC4 indukował większą frakcję wysoce proliferujących limfocytów T (więcej niż trzy podziały komórkowe. Po kohodowli wstępnie potraktowanych komórek nowotworowych HSC4 RT + ATRi z limfocytami T, odsetek wysoce proliferacyjnych komórek T był najwyższy. Paski pokazują 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 statystyczna testowana przez porównanie wszystkich warunków eksperymentalnych z każdym z nich przy użyciu dwustronnego Manna-Whitneya-U dla danych o nierozkładzie normalnym). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Utrata CFSE oparta na proliferacji może być użyta do ilościowego określenia szybkości proliferacji limfocytów T. Ponadto opisano kilka markerów powierzchniowych komórek jako związanych z aktywnością limfocytów T, takich jak CD25 i HLADR. W związku z tym przeprowadzono analizę CD25 i HLA-DR na powierzchni wszystkich limfocytów T CD3 + i CD8 + za pomocą cytometrii przepływowej (Ryc. 5). Wyrażenie można określić ilościowo, jeśli wykrywalne są wyraźne subpopulacjeo wysokim poziomie CD25 lub HLA-DR i można je rozróżnić przez bramkowanie tych wysoce dodatnich komórek (Figura 3B). Jeśli nie są wykrywalne żadne odrębne subpopulacje, można zmierzyć średnią intensywność fluorescencji (MFI) całej populacji i określić ilościowo zmiany MIF oparte na stanie (Rysunek 3C).
Przykładowo, ekspresja zidentyfikowana przez MFI CD25 i HLA-DR została przeanalizowana po 96 godzinach wspólnej hodowli z wstępnie leczonymi komórkami nowotworowymi HSC4 (Rysunek 5). Po kohodowli limfocytów T z komórkami nowotworowymi HSC4 traktowanymi RT, ekspresja CD25 na limfocytach T była silnie obniżona. Warto zauważyć, że wstępne leczenie komórek nowotworowych tylko ATMi spowodowało znacznie zmniejszoną ekspresję CD25 w porównaniu ze wstępnym leczeniem ATRi. W połączeniu z RT, mimo że RT powodowało zmniejszoną ekspresję CD25 na limfocytach T, połączenie RT z ATMi spowodowało zwiększoną ekspresję CD25 w porównaniu z RT plus ATRi (Figura 5A). Jeśli chodzi o ekspresję HLA-DR na limfocytach T, RT generalnie prowadziła do regulacji w górę HLA-DR, ale znowu, w połączeniu z ATMi lub ATRi, zaobserwowano inne zachowanie (Figura 5B). Limfocyty T hodowane jednocześnie z komórkami HSC4, które zostały wstępnie potraktowane kombinacją RT + ATRi, zwiększyły ekspresję HLA-DR w porównaniu z samym RT lub RT + ATMi.

Rysunek 5: Ekspresja markerów aktywacji CD25 i HLA-DR na powierzchni limfocytów T po 96 godzinach kohodowli z wcześniej potraktowanymi komórkami nowotworowymi HSC4. Ekspresję CD25 i HLA-DR analizowano na podstawie przesunięcia MFI całej populacji limfocytów T. RT HSC4 powodował zmniejszoną ekspresję CD25 na limfocytach T i zwiększoną ekspresję HLA-DR. Połączenie RT z ATMi skutkowało znacząco różnymi wzorcami ekspresji w porównaniu z RT i ATRi. Wykresy pudełkowe pokazują dane z czterech niezależnych eksperymentów z limfocytami T od czterech niezależnych, zdrowych dawców (n = 4; Średnia ± SD). Dane analizowano poprzez porównanie wszystkich warunków eksperymentalnych względem siebie za pomocą dwustronnego testu Manna-Whitneya-U dla danych o nierozkładzie normalnym (*p≤ 0,050). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Te dane przykładowo wskazują, że leczenie komórek nowotworowych, w tym przypadku komórek HSC4 HNSCC, wpływa na immunogenność komórek nowotworowych. Można to monitorować poprzez kohodowlę komórek nowotworowych ze wstępnie stymulowanymi limfocytami T, co prowadzi do zróżnicowanych zachowań proliferacyjnych i ekspresji markerów aktywacji na ludzkich limfocytach T w oparciu o zastosowany schemat leczenia 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. |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie