Summary
Evaluert i syngeneisk immunokokkverter viste kreftstammecelle (CSC) basert dendrittisk celle (DC) vaksine betydelig høyere antitumorimmunitet enn tradisjonelle LIKE-vaksiner pulsert med heterogene bulktumorceller.
Abstract
Vi identifiserte kreft stamcelle (CSC)-beriket populasjoner fra murin melanom D5 syngeneic til C57BL/6 mus og squamous kreft SCC7 syngeneic til C3H mus ved hjelp av ALDEFLUOR / ALDH som markør, og testet deres immunogenisitet ved hjelp av cellelyset som en kilde til antigener for å pulsere dendritiske celler (DCs). Domenekontrollere pulserte med ALDHhøye CSC-lysater indusert betydelig høyere beskyttende antitumorimmunitet enn domenekontrollere pulserte med lysater av usorterte hele tumorcellelysater i begge modeller og i en lungemetastaseinnstilling og en s.c. tumorvekstinnstilling, henholdsvis. Dette fenomenet skyldtes CSC-vaksineindusert humoristisk så vel som cellulære anti-CSC-responser. Spesielt produserte splenocytter isolert fra verten utsatt for CSC-DC-vaksine betydelig høyere mengde IFNγ og GM-CSF enn splenocytter isolert fra verten utsatt for usortert tumorcelle lysate pulsed-DC vaksine. Disse resultatene støtter arbeidet med å utvikle en autolog CSC-basert terapeutisk vaksine for klinisk bruk i en adjuvant setting.
Introduction
Kreft stamceller er relativt resistente mot konvensjonell kjemoterapi ogstrålebehandling 1,2. På den annen side kan denne populasjonen av celler være cellene som er ansvarlige for tilbakefall og progresjon av kreft etter tradisjonelle kreftbehandlinger1-4. På grunn av mangel på uttrykk for differensierte tumorantigener på kreftstammeceller, kan kreftstammeceller unnslippe nåværende immunologiske intervensjoner av terapi for kreft, som for det meste er designet for å målrette antigenene på de differensierte tumorcellene. Derfor kan utvikling av nye strategier spesielt rettet mot og ødelegge kreftstamcellene holde løfter om å øke den terapeutiske effekten av dagens kreftbehandling. For dette formål isolerte vi kreft stamcelle (CSC) -beriket populasjoner fra to dyresvulster (melanom D5 og squamouscellekreft SCC7), og brukte dem som en antigenkilde for å pulsere antigen som presenterer celler (dendritiske celler, DC) for å forberede CSC-TPDC-vaksinen. Deretter evaluerte vi antitumorimmuniteten som ble indusert av CSC-TPDC-vaksinen hos henholdsvis de nye immunotokmpente vertene, B6-musene og C3H-musene. Den CSC-TPDC-induserte antitumoreffekten ble sammenlignet med den tradisjonelle DC-vaksinen pulsert med lysat fra usorterte heterogene tumorceller (H-TPDC), som tidligere har blitt brukt av vår gruppe5,6, samt av andre etterforskere7 både i prekliniske studier og i kliniske studier.
Protocol
1. ALDEFLUOR Farging
- Celleprøvepreparering: Forbered encellet suspensjon av tumorceller, enten fra dyrkede tumorceller eller fra nyhøste tumorprøver. Tell cellene og juster cellefjæringen til en konsentrasjon på 1 x 106 celler/ml i ALDEFLUOR Assay Buffer.
- Merk fire 12 mm x 75 mm polystyren reagensrør som kontrollrør som følger: #1: Unstained, #2: ALDEFLUOR, #3: ALDEFLUOR pluss DEAB, og #4: 7AAD.
- For disse kontrollrørene, plasser 1 ml cellefjæring i #1 og #4, men 2 ml i rør #2. Tilsett 5 μl DEAB (ALDH-hemmer) i rør #3 og hold på is. Tilsett deretter 10 μl aktivert ALDEFLUOR-substrat til rør #2, bland og overfør umiddelbart 1 ml av blandingen til rør #3.
- Samtidig legger du til 2 μl aktivert ALDEFLUOR-substrat per million celler i resten av cellene (prøverør) også ved 1 x 106 celler/ml i ALDEFLUOR Analysebuffer.
- Inkuber både de 4 kontrollrørene og prøverørene i 30 min i 37 °C vannbad.
- Etter inkubasjon, tilsett 5 μl 7AAD i kontrollrøret #4, og 1 μl 7AAD 1 x 106 celler til prøverøret. Inkuber 10 min ved 4 °C.
- Sentrifuger alle rør i 5 min ved 250 x g og fjern supernatant.
- Resuspend-celler i ALDEFLUOR-analysebuffer.
- Utfør strømningscytometribasert sortering.
- Still inn sorteringsportene ved hjelp av ALDEFLUOR-fargede celler behandlet med DEAB som negativ kontroll og propidiumjodid (PI) 7AAD-fargede celler for levedyktighetskontroll. Basert på disse kontrollene ble det opprettet en port for å skille ALDEFLUOR + / ALDHhøy, D5 og SCC7 celler. Disse portene vil deretter bli brukt til å sortere alle prøvecellene som er utarbeidet ovenfor for ALDEFLUOR +/ALDHhøye D5- og SCC7-celler.
2. Fremstilling av kreft stamcelle lysate-puls dendrittisk celle (CSC-TPDC) vaksine
- Euthanize mus (henholdsvis syngeneic B6 og C3H) ved hjelp av CO2 og isolere lårben og tibia bein.
- Sett beinene i 75% etanol i 1 min ved romtemperatur. Vask deretter beinene ved hjelp av HBSS.
- Klipp hodet av bein og bruk en 21 G nål og 10 ml sprøyte for å skyve celler inn i en tallerken.
- Aspirer og blås cellene ved hjelp av sprøyten for å gjøre encellet suspensjon.
- Etter sentrifugering i 1500 o/min i 5 minutter, kast supernatanten. Tilsett deretter 5 ml RBC lysisbuffer for å lysis RBC i 1 min i 37 °C vannbad.
- Tell cellenummer og juster cellefjæringen til en konsentrasjon på 1 million celler/ml i komplett medium (CM) som inneholder 10 ng/ml GM-CSF og 10 ng/ml IL-4.
- Kultur cellene og kompensere CM pluss IL-4 og GM-CSF 3 dager senere.
- På den femtedagen høster du de umodne dendrittiske cellene (DCene) og forbereder DC-isolasjonsmediet som inneholder 4,2 ml oppløsning C pluss 1 ml OptiPrep tetthetsgradientmedium.
- Suspender cellepellets i 5 ml CM. Tilsett cellefjæringen langsomt på isolasjonsmediet. Sentrifuge ved 2000 o/min ved romtemperatur.
- Samle domenekontrollerne mellom CM og isolasjonsmediet. Tell cellenummer og juster cellefjæringen til en konsentrasjon på 1 million celler/ml i kulturmedium som inneholder 10 ng/ml GM-CSF og 10 ng/ml IL-4.
- Forbered tumorlyser ved å suspendereALDH-høye eller usorterte D5- eller SCC7-celler i kulturmedium og bli utsatt for raske fryse-tineeksponeringer fire ganger etterfulgt av spinn ved ∼ 100 x g i 5 minutter for å samle membrandelen av lysatene.
- For å forberede CSC-TPDC, puls DCs med lysate av autologe ALDHhøye celler. For å forberede H-TPDC, puls DCs med usortert heterogen tumorcelle lysat. Forholdet mellom DC og tumorcellelysat er det samme.
3. Vaksinering og evaluering av effekten
- Vaksinere henholdsvis normale B6-mus med henholdsvis 2500 D5 CSC-TPDC eller D5 H-TPDC tumorceller subkutant (s.c.). Vaksiner normale C3H dyr.c. med 5000 SCC7 CSC-TPDC eller SCC7 H-TPDC tumorceller, henholdsvis.
- Etter vaksinering, utfordre B6-musene med de heterogene D5 tumorcellene i.v. Euthanize musene ved hjelp av CO2 20 dager senere. Høst lungene og nummerer lungemetastaser.
- I SCC7-modellen utfordrer du C3H-musene med usorterte SCC7 tumorceller.c på motsatt side av DC-vaksinen. Overvåk tumorstørrelsen.
- På slutten av forsøkene euthanize B6 og C3H mus ved hjelp av CO2. På dag 34 etter første vaksine, euthanize mus med CO2, og samtidig samle miltene i hver gruppe med en aseptisk prosedyre.
- Aktiver milt T- og/eller B-celler med immobilisert anti-CD3 pluss anti-CD28 mAbs i CM som inneholder hrIL-2 eller LPS pluss anti-CD40 (FGK45) mAb ascites.
- Etter aktivering samler du inn supernatanter og bruker til ELISA-analyse.
- For ELISA-analyse, frakkplater med antistoffer mot IFNγ, GM-CSF og IgG ved 4 °C O/N.
- Etter påføring av blokkeringsbuffer, legg til prøver og standarder og inkuber ved romtemperatur.
- Vask platen og tilsett HRP-påvisningsantistoff og TMB-substrat for inkubasjon.
- Mål absorbansen på en ELISA-plateleser ved 450 nm innen 30 minutter etter at du har stoppet reaksjonen.
Representative Results
ALDEFLUOR/ALDH har blitt brukt som en enkelt markør for å isolere stamceller i flere maligniteter8-11. Vi identifiserte kreft stamcelleberikede populasjoner i to tumormodeller D5 og SCC7 ved å bruke ALDEFLUOR som markør. Vi oppdaget ALDEFLUOR+ celler i murin melanom B16-D5 og squamous cellekreft SCC7. Vi fant at ALDEFLUOR+-celler bidrar med henholdsvis ca. 0,5 % og 5,2 % i kultivert D5- og SCC7-tumorcellelinjer (figur 1). Nyhøste tumorceller fra etablerte svulster har blitt analysert for å bekrefte eksistensen av ALDEFLUOR + celler. Som også vist i figur 1, var det henholdsvis 2,5% og 4,2% av ALDEFLUOR + -cellene fra in vivo etablerte D5- og SCC7-svulster. Tumorogenisiteten og selvfornyelseskapasiteten til disse sorterte D5- og SCC7 ALDEFLUOR+/ALDH-høye populasjonene ble evaluert i den nye immunodumpente verten, C57BL/6- og C3H-musene, henholdsvis8.
Vi har brukt heterogene usortert tumorcelle lysat for å pulsere DCs (H-TPDC) både i dyrestudier og i kliniske studier5,6. For å undersøke immunogenisiteten til CSC-er isolerte vi ALDHhigh CSC og pulserte DC med lysatet til CSC-ene for å generere CSC-TPDC (figur 2) og brukte H-TPDC som en konvensjonell kreftvaksinekontroll for å teste om CSC-TPDC har noen gunstig effekt for å forhindre tumorvekst.
Vi evaluerte immunogenisiteten til CSC ved å undersøke beskyttende antitumorimmunitet indusert av CSC-TPDC. I D5-modellen ble naive immunompende mus vaksinert s.c med CSC-TPDC eller H-TPDC (med samme lysat: DC-forhold). Kontrollgrupper mottok saltvann (PBS). En uke etter den siste vaksinen ble musene utfordret med usortert D5 tumorceller intravenøst (i.v.), og lungene ble høstet 3 uker senere for å liste opp lungemetastaser. Som vist i tabell 1, sammenlignet med PBS-gruppen, utviklet mus behandlet med H-TPDC mindre lungemetastaser. Det er viktig at mus som ble behandlet med CSC-TPDC hadde betydelig færre lungemetastaser enn H-TPDC-vaksinegruppen i begge forsøkene som ble utført. I SCC7-modellen ble normale C3H-dyr vaksinert s.c med henholdsvis SCC7 CSC-TPDC eller H-TPDC på høyre flanke, etterfulgt av utfordrende med usorterte SCC7 tumorceller.c inn i venstre flanke. Sammenlignet med PBS-gruppen induserte H-TPDC beskjeden anti-tumorimmunitet mot tumorvekst. Imidlertid var det betydelig hemming av tumorvekst hos mus som ble behandlet med CSC-TPDC sammenlignet med både kontrollgruppen og H-TPDC-gruppen (p<0,05, figur 3). Disse resultatene indikerer at CSC-er kan brukes som en mer effektiv antigenkilde for å laste domenekontrollere enn tradisjonelle usorterte tumorceller for å indusere beskyttende immunitet mot utfordringen med tumorceller.
For ytterligere å forstå mekanismene som ligger til grunn for den observerte CSC-induserte beskyttende antitumorimmuniteten, høstet vi miltene fra dyrene som ble utsatt for DC-vaksinasjoner på slutten av forsøkene. Miltcellene ble deretter aktivert av anti-CD3/CD28/IL-2 eller anti-CD3/CD28/IL-2 + LPS/anti-CD40. Deretter ble kultur supernatanter samlet for å oppdage uttrykket av cytokiner og antistoff. Det var betydelig høyere produksjoner av IFNγ og GM-CSF av miltcellene fra dyrene vaksinert med D5 CSC-TPDC eller SCC7 CSC-TPDC (Figur 4). Videre var det betydelig (p<0,05) høyere IgG-produksjon av LPS / anti-CD40 aktiverte miltceller samlet inn fra dyrene vaksinert med D5 CSC-TPDC eller SCC7 CSC-TPDC sammenlignet med D5 H-TPDC eller SCC7 H-TPDC. Disse antistoffene ble funnet å binde seg til henholdsvis D5 og SCC7 CSCer, og slik binding kan resultere i CSC lysis i nærvær av komplement8.
Figur 1. ALDHFLUOR +/ALDHhøye populasjoner ble påvist i dyrket så vel som nylig høstet fersk murine D5 melanom og SCC7 squamous celle svulster. Tumorceller behandlet med 50 mmol/L DEAB, en spesifikk ALDH-hemmer, ble brukt som negativ kontroll.
Klikk her for å vise større bilde.
Figur 2. Generering av dendrittiske cellebaserte kreft stamcellevaksiner. For fremstilling av CSC-TPDC og H-TPDC ble benmargsavledede dendrittiske celler pulsert med henholdsvis ALDHhøye eller usorterte tumorcellelytter.
Klikk her for å vise større bilde.
Figur 3. CSC lysate pulset DC (CSC-TPDC) vaksine kan indusere mer effektiv beskyttende antitumor immunitet i s.c. SCC7 tumor modell. Klikk her for å vise større bilde.
Figur 4. Mer potente systemiske cellulære responser hos immunkompetent vert vaksinert med CSC-TPDC. Splenocytter ble høstet fra dyrene som ble utsatt for H-TPDC- eller CSC-TPDC-vaksinasjon, og ble aktivert som indikert. Kultur supernatantene ble deretter samlet inn for cytokindeteksjon ved hjelp av ELISA.
Klikk her for å vise større bilde.
Discussion
De immunkompromitterte vertene, som SCID-mus, utelukker immunologiske vurderinger av CSC på grunn av mangel på adaptiv immunitet i vertene. I denne studien evaluerte vi immunogeniteten til CSC-er hos immunompende verter, noe som kunne etterligne pasientinnstillingene nærmere. Berikede CSC-er er immunogene og kan indusere mer effektiv tumorbeskyttende immunitet når lysatene deres lastes til domenekontrollere som en vaksine sammenlignet med uvalgte tumorcellelysepulserte domenekontrollere. Mekanistisk ble beskyttelsen gitt ved selektiv induksjon av CSC-reaktive antistoffer og T-celler8, samt produksjon av type 1 cytokin, f.eks IFNγ og GM-CSF.
De fleste av de nåværende immunterapiene, inkludert dendrittiske cellebaserte vaksiner og adoptiv T-celleoverføring, er designet for å målrette tumordifferensierte antigener. CSC-er, som kanskje ikke uttrykker disse differensierte antigenene, kan derfor unnslippe disse immunologiske målrettingene. I motsetning kan CSC-vaksine designet for å spesifikt målrette kreftstamceller ødelegge denne spesielle befolkningen i kreftcellene, og dermed forbedre den terapeutiske effekten av vaksinen ved å forhindre tumor tilbakefall og metastase.
I både kultiverte tumorceller og nyhøstede svulster identifiserte vi CSC-beriket populasjon ved strømningscytometri basert på høy aldehyddehydrogenaseaktivitet. Slike ALDHhøye celler kan isoleres ved strømningssortering som skal brukes som en antigenkilde for å pulsere DC for å generere CSC-TPDCs. Sammenligning ved hjelp av ALDHhøye celler isolert fra dyrkede tumorceller vs fra nyhøstede svulster viste ingen signifikant forskjell i begrepet induksjon av anti-CSC immunitet8. Disse resultatene avslørte potensialet for å bruke CSC isolert enten fra dyrkede tumorceller eller fra nyhøstede svulster for klinisk anvendelse.
For å være klinisk relevant må en vaksine undersøkes i terapeutiske omgivelser. Disse eksperimentene utføres nå i laboratoriet vårt.
Disclosures
STEMCELL Technologies har støttet publiseringsgebyrer for Open Access.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av The Will og Jeanne Caldwell Endowed Research Fund ved University of Michigan Comprehensive Cancer Center og delvis av NIH grant CA82529 og Gillson Longenbaugh Foundation.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ALDHEFLOUR KIT | Stemcell Technologies | 1700 | |
| Murine IL-4 | Pepro Tech | 214-14 | |
| Murine GM-CSF | Pepro Tech | 315-03 | |
| Mouse GM-CSF ELISA KIT | BD Biosciences | 555167 | |
| OptiPrep Density Gradient Medium | Sigma Aldrich | D1556 | |
| BD OptEIA TMB Substrated Reagent Set | BD Biosciences | 555214 | |
| Equipment | |||
| BD FACS Aria Cell Sorter | BD Biosciences | 336834 | |
| Kcjunior | Bio-Tek Instruments | 176058 |
References
- Shafee, N., Smith, C. R., et al. Cancer stem cells contribute to cisplatin resistance in Brca1/p53-mediated mouse mammary tumors. Cancer Res. 68, 3243-3250 (2008).
- Nandi, S., Ulasov, I. V., et al. Low-dose radiation enhances survivin-mediated virotherapy against malignant glioma stem cells. Cancer Res. 68, 5778-5784 (2008).
- Dallas, N. A., Xia, L., et al. Chemoresistant colorectal cancer cells, the cancer stem cell phenotype, and increased sensitivity to insulin-like growth factor-I receptor inhibition. Cancer Res. 69, 1951-1957 (2009).
- Yamauchi, K., Yang, M., et al. Induction of cancer metastasis by cyclophosphamide pretreatment of host mice: an opposite effect of chemotherapy. Cancer Res. 68, 516-520 (2008).
- Chang, A. E., Redman, B. G., et al. A phase I trial of tumor lysate-pulsed dendritic cells in the treatment of advanced cancer. Clin. Cancer Res. 8, 1021-1032 (2002).
- Ito, F., Li, Q., Shreiner, A. B., et al. Anti-CD137 monoclonal antibody administration augments the antitumor efficacy of dendritic cell-based vaccines. Cancer Res. 64, 8411-8419 (2004).
- Kirk, C. J., Hartigan-O'Connor, D., et al. T cell-dependent antitumor immunity mediated by secondary lymphoid tissue chemokine: augmentation of dendritic cell-based immunotherapy. Cancer Res. 61, 2062-2070 (2001).
- Ning, N., Pan, Q., et al. Cancer stem cell vaccination confers significant antitumor immunity. Cancer Res. 72, 1853-1864 (2012).
- Ginestier, C., Liu, S., et al. CXCR1 blockade selectively targets human breast cancer stem cells in vitro and in xenografts. J. Clin. Invest. 120, 485-497 (2010).
- Carpentino, J. E., Hynes, M. J., et al. Aldehyde dehydrogenase-expressing colon stem cells contribute to tumorigenesis in the transition from colitis to cancer. Cancer Res. 69, 8208-8215 (2009).
- Charafe-Jauffret, E., Ginestier, C., et al. Breast cancer cell lines contain functional cancer stem cells with metastatic capacity and a distinct molecular signature. Cancer Res. 69, 1302-1313 (2009).
