Dit protocol beschrijft de chirurgische generatie van orthotopic alvleesklier tumoren en de snelle vertering van vers geïsoleerde lymfatische alvleesklier tumoren. Na de spijsvertering kunnen levensvatbare immuuncelpopulaties worden gebruikt voor verdere downstream-analyse, inclusief ex-vivo stimulatie van T-cellen voor intracellulaire cytokine detectie door Flowcytometrie.
In vivo modellen van pancreaskanker bieden onschatbare hulpmiddelen voor het bestuderen van de dynamiek van de ziekte, immuun infiltratie en nieuwe therapeutische strategieën. Het orthotopic Murine model kan worden uitgevoerd op grote cohorten van immunocompetente muizen tegelijk, is relatief goedkoop en behoudt de verwant weefsel micro omgeving. De kwantificering van T-celinfiltratie en cytotoxische activiteit binnen orthotopic tumoren biedt een nuttige indicator van een antitumorele respons.
Dit protocol beschrijft de methodologie voor chirurgische generatie van orthotopic alvleesklier tumoren door injectie van een laag aantal syngene tumorcellen geresuspendeerd in 5 μL kelder membraan direct in de alvleesklier. Muizen met orthotopic tumoren nemen ongeveer 30 dagen om het eindpunt te bereiken, op welk punt tumoren kunnen worden geoogst en verwerkt voor de karakterisering van tumor-infiltrerende T Cell activiteit. Snelle enzymatische spijsvertering met collagenase en DNase maakt het mogelijk om een eencellige suspensie uit tumoren te halen. De levensvatbaarheid en celoppervlak markers van immuuncellen geëxtraheerd uit de tumor worden bewaard; Daarom is het geschikt voor meerdere downstream toepassingen, met inbegrip van flowassisted celsortering van immune cellen voor cultuur of RNA-extractie, Flowcytometrie analyse van immuuncelpopulaties. Hier beschrijven we de ex vivo stimulatie van T celpopulaties voor intracellulaire cytokine kwantificering (IFNγ en TNFα) en degranulatie activiteit (CD107a) als maatstaf voor de totale cytotoxiciteit. Hele-tumor verteert werden gestimuleerd met forbol myristaat acetaat en ionomycine voor 5 h, in aanwezigheid van anti-CD107a-antilichaam om upregulate cytokine productie en degranulatie. De toevoeging van brefeldin A en monensin voor de laatste 4 h werd uitgevoerd om extracellulair transport te blokkeren en cytokine detectie te maximaliseren. Extra-en intra-cellulaire kleuring van cellen werd vervolgens uitgevoerd voor Flowcytometrie analyse, waarbij het aandeel IFNγ+, tnfα+ en CD107a+ CD4+ en CD8+ T cellen werd gekwantificeerd.
Deze methode biedt een start basis voor het uitvoeren van uitgebreide analyse van de tumor micro omgeving.
Deze methode Details, van start-tot-finish, de chirurgische procedure voor het genereren van orthotopic alvleesklier tumoren met behulp van een minimale hoeveelheid cellulair materiaal en de daaropvolgende snelle dissociatie van gevestigde tumoren voor uitgebreide flow cytometrie analyse van immuuncelpopulaties, met inbegrip van ex vivo analyse van T cel functie.
Adenocarcinoom van de alvleesklier ductale (PDAC) is een agressief carcinoom met slechts 8% van de patiënten die 5 jaar1overleven. Aangezien minder dan 20% van de patiënten in aanmerking komt voor chirurgische resectie2, zijn verse patiënt monsters niet gemakkelijk toegankelijk voor onderzoek en dus in vivo -modellen bieden essentiële hulpmiddelen om deze ziekte te onderzoeken. Er zijn meerdere Murine modellen van PDAC: orthotopic, subcutaan, transgene, intraveneuze en patiënt-afgeleide xenotransplantaatmodellen is (PDX), uitvoerig beschreven hier3. Het orthotopic model dat hier wordt beschreven, maakt de injectie van syngene PDAC-cellen in de alvleesklier van immunocompetente muizen mogelijk. Dit kan worden uitgevoerd in grote cohorten van wild-type of Mutant muizen, en biedt dus een kostenbesparend en consistent model voor vergelijking van therapeutische middelen. Belangrijk is dat het orthotopic model de verwant micro omgeving biedt voor tumor celgroei en metastaseren in onze handen en anderen4 tot klinisch relevante sites (bijv. lever), waardoor het klinisch relevanter is dan de subcutane of chemisch geïnduceerde modellen. Orthotopic tumoren vertonen de belangrijkste kenmerken van PDAC, zoals een sterke desmoplastische reactie met een overvloed aan fibroblasten en extracellulaire matrix depositie5. Transgene modellen van PDAC zijn de gouden standaard van het muriene model en de meest gebruikte is het KPC-model, dat Mutant krasG12D/+ en Trp53R172H/+ onder de pancreas-specifieke pdx-1-CRE Promoter6uitdrukt. Extra KPC en andere in vivo PDAC modellen worden hier beoordeeld7. KPC-muizen ontwikkelen spontaan alvleesklier tumoren met een ziekteprogressie die getrouw de kenmerken van humane PDAC6repliceert. Echter, zoals voor alle transgene modellen, het fokprogramma is kostbaar, tumorprogressie is variabel en daarom vaak vereist grote cohorten van muizen. PDX-modellen maken gebruik van door patiënten afgeleide tumorcellen of stukken die vervolgens ofwel orthotopisch of vaker subcutaan worden gekweekt bij immuungecompromitteerde muizen. Xenograft modellen bieden nuttige hulpmiddelen voor het screenen van therapeutische verbindingen en rekening voor patiënt heterogeniteit. Echter, ze bieden geen volledige immuun micro-omgeving, waardoor hun toepassingen te beperken8,9.
Eenmaal vastgesteld, orthotopic tumoren meestal duren ongeveer 1 maand of meer om te groeien (afhankelijk van de gebruikte cellijn) en vormen grote tumoren die gemakkelijk kunnen worden afgebeeld door echografie of MRI om progressie te volgen en de effectiviteit van de behandeling te bepalen4,5,10. Echter, eenmaal in exponentiële groei, de laatste fase van de tumorgroei kan snel zijn, dus de meeste behandelingsregimes zijn relatief vroeg begonnen (bijv., 14 dagen)11,12. Het immuunsysteem speelt een cruciale rol in de ontwikkeling van de tumor, waaronder in PDAC, die wordt gekenmerkt door een immunosuppressieve tumor infiltreren met relatieve paustad van T-cellen en frequente aanwezigheid van myeloïde cellen13. Een hoge aanwezigheid van T-cellen in PDAC verleent een betere prognose14,15. Echter, als enkelvoudige agenten, immuuncontroleeremmers die T-celimmuunsuppressie verlichten, zoals anti-CTLA-416 en anti-PD-L117, hebben geen klinisch voordeel aangetoond bij PDAC-patiënten, hoogstwaarschijnlijk omdat de totale reactiviteit van de t-cel zeer laag is. Echter, agenten die Prime T cel reacties, zoals anti-CD40, kunnen overwinnen anti-PD-L1/ctla-4 weerstand18,19 en vaccinatie met GM-CSF-afscheidende allogene PDAC vaccin (gvax) kan de immunogeniciteit van PDAC tumoren20verhogen, wat aangeeft dat het verbeteren van T cel reacties vormt belangrijke therapeutische Avenue.
Cruciaal voor een antitumorale T cel respons is de herkenning van tumor afgeleide antigenen via de T-cel receptor (TCR) en de daaropvolgende productie van cytotoxische cytokinen en korrels. Hoewel de T-cel-antigeen-herkenning kan worden bepaald door TCR-sequencing, is deze aanpak kostbaar en tijdrovend. Kwantificering van tumor-infiltrerende T-celsubgroepen biedt echter een goede indicatie van een anti-tumorele respons. Verder onderzoek van T-celactiviteit ex vivo in termen van degranulatie, cytokine productie en andere cytotoxische factoren zorgt voor een diepere functionele analyse. Deze testen kunnen worden uitgevoerd op verse tumormonsters en vele parameters van T cel functie kan snel worden gemeten doorstroming cytometrie.
CD8+ en CD4+ T-cellen produceren cytokines zoals Ifnγ en tnfα om een immuunrespons te versterken21. IFNɣ induceert mhci opregulatie op doelcellen, induceert differentiatie en werving van immuuncellen en aids celdood. Ifnγ productie door CD8+ T cellen is goed gekarakteriseerd om deel uit te maken van een antitumorale respons en correleert met tumor regressie22,23. TNFα is een andere proinflammatoire cytokine geproduceerd door zowel CD8+ en CD4+ T-cellen. Het verbetert de TCR-afhankelijke activering en de proliferatie van T-cellen, die de anti-tumorele respons helpen. Bij TCR-engagement kunnen cytotoxische CD8+ T-cellen degranulatie ondergaan, waarbij voorgevormde secretoire lysosomen die cytotoxische moleculen bevatten, in de immunologische SYNAPS vrijkomen om de afbraak van de doelcellen te veroorzaken21. Deze moleculen omvatten Perforine, een eiwit dat zich bindt aan het doelcelmembraan, waardoor poriën worden gevormd die vervolgens de integriteit van het membraan verstoren en diffusie21 of endocytose24 van andere cytotoxische moleculen, zoals Granzyme B, rechtstreeks in het cytoplasma van de doelcel. Granzyme B is een protease dat de afbraak van meerdere eiwitten binnen de doelcel tot gevolg heeft, wat leidt tot celdood21. De afgifte van dergelijke moleculen vereist exocytose van endosomes aan het celoppervlak, waarbij de endosomale marker CD107a (ook bekend als LAMP-1) transitief is opgenomen in het celmembraan25.
De meting van cytokine secretie door T-cellen vereist hun isolatie door middel van doorstroming geassisteerde celsortering of op kraal gebaseerde scheidings testen, die niet gemakkelijk kunnen worden uitgevoerd op een groot aantal monsters tegelijk. Het meten van intracellulaire cytokines vereist echter geen pre-isolatie stappen en kan eenvoudig op meerdere monsters tegelijk worden uitgevoerd, waardoor een benadering met een hogere doorvoer mogelijk is. Aangezien cytokinen snel worden uitgescheiden door T-cellen, kunnen de intracellulaire niveaus niet detecteerbaar zijn en dus is de T-cel vereist stimulatie om de basale cytokine productie te verhogen. Om de antigeen-gestuurde cytokine productie te beoordelen, moet het door de TCR erkende antigeen in vitro aan de T-cel worden gepresenteerd door een klaar APC. In gevallen waarin de antigeen specificiteit niet bekend is, is een brede stimulatie methode vereist. TCR-stimulatie kan worden geïmtikt met behulp van anti-CD3/28-parels die zowel TCR-activering als costimulatie bieden, wat cytokine-productie en-proliferatie induceert. Echter, een meer kosteneffectieve alternatief is het gebruik van PMA en ionomycine, die samen breed activeren signalering trajecten die leiden tot de synthese en vrijlating van intracellulaire cytokines. Specifiek, PMA activeert proteïne kinase C (PKC) en ionomycine verhoogt intracellulaire CA2 + ionen, leidt tot verhoogde cel signalering. Om de intracellulaire inhoud van cytokines te behouden, kan deze stimulatie effectief worden gecombineerd met eiwit transport remmers brefeldin A en monensin, die eiwitten in de Golgi blokkeren en zo extracellulaire afgifte voorkomen. Het gebruik van PMA/ionomycine is een gevestigde methode voor het stimuleren van T-cellen en er is een sterke correlatie tussen extracellulaire-vrijgegeven en intracellulaire cytokines26. Stimulatie van T-cellen met PMA en ionomycine verhoogt ook lysosoom handel naar celmembraan en dus CD107a wordt transitief geïntegreerd op het celoppervlak voordat het in de cel wordt gerecycled. Door het opnemen van een anti-CD107a antilichaam tijdens de stimulatie, is het mogelijk om het te gebruiken als een marker van de degranulatie activiteit25.
Deze methode verteerd snel de tumoren om een eencellige suspensie te bieden. Op dit moment kunnen individuele populaties direct worden gekleurd voor Flowcytometrie of gezuiverd door downstreammethoden: doorstroming geassisteerde celsortering of scheiding van magnetische kraal. Voorbereiding van een eencellige suspensie voor Flowcytometrie analyse maakt analyse van meerdere immuuncelpopulaties en hun fenotypische markers mogelijk, met een nauwkeurige kwantificering van het immuuncelnummer en fenotype.
Tot slot voorkomt het verterings protocol dat hier wordt beschreven, verlies van celoppervlakte markeringen en handhaaft het de levensvatbaarheid van de immuuncel, waardoor immuuncellen verdere celzuivering stappen en cultuur kunnen ondergaan zoals vereist. Echter, deze methode is niet getest voor het afleiden van epitheliale cellen van deze spijsvertering.
In vivo modellen van alvleesklierkanker bieden onschatbare hulpmiddelen om te begrijpen ziekteprogressie en beoordelen van nieuwe therapeutische doelwitten3. Met name het orthotopic model is een kostenbesparend en reproduceerbaar model dat kan worden toegepast in grote cohorten van muizen, gelijktijdig met4,27. Het orthotopic model biedt ook de verwant micro Environment en intact immuunsysteem voor tumorgroei, waardoor het geschikter is dan de subcutane en PDX-modellen. Echter, we hebben geconstateerd dat sommige elementen van immuun infiltratie kunnen verschillen tussen de orthotopic model en KPC muizen, de Gold-Standard Murine model10. Een van de redenen hiervoor zou kunnen zijn de versnelde tumorgroei gezien in het orthotopic model. Verdere verschillen in de dichtheid van immuuncelsubgroepen zijn beschreven tussen de orthotopic en subcutane modellen3,28. Daarom, hoewel het transgene KPC-model duurder en variabel6is, moeten de belangrijkste bevindingen worden geverifieerd in een klein cohort van KPC-muizen waar mogelijk.
De voorbereiding van tumorcellen voor de orthotopic chirurgie is een kritieke stap in het protocol. Cellen moeten altijd in de log fase van de groei en Mycoplasma-en infectie-vrij. Orthotopic chirurgie moet worden uitgesteld als er bezorgdheid over tumor celgroei. Het gebruik van het kelder membraan verbetert de incidentie van tumor bij het injecteren van cellen zonder29 en vermindert cellekkage en dus peritoneale verspreiding27. Echter, eenmaal geschorst in de kelder membraan, tumorcellen moeten snel worden geïnjecteerd (binnen 2 uur) om te voorkomen dat celverlies. Het aantal tumorcellen die nodig zijn voor het genereren van tumoren is waarschijnlijk cel-lijn afhankelijk, en een bereik van de celaantallen moeten worden getest (bijv., van 100 – 100.000) die kan ook bepalen de tijd om te bereiken eindpunt. Het is waarschijnlijk dat er een foutmarge zal zijn bij de voorbereiding van 1.000 cellen per muis voor injectie; Daarom, als meerdere dagen van de operatie nodig zijn, moet de behandeling van groepen gelijkelijk gespreid over dagen om te controleren voor batch-effecten. De meeste chirurgische stappen kunnen worden aangepast, afhankelijk van de voorkeuren; echter, zorg moet worden genomen niet te verstoren het kelder membraan bij het vervangen van de alvleesklier in de buikholte of het sluiten van de peritoneale muur. Membraan lekkage in de kelder kan leiden tot tumor celgroei op de peritoneale muur, die snel vorm en kan resulteren in het moeten opofferen van het dier eerder.
Idealiter moeten pancreas tumoren snel worden verteerd na de oogst en voorbereid voor ex vivo stimulatie onmiddellijk. Echter, dit is misschien niet mogelijk als er een grote partij van tumoren te oogsten, in dit geval tumoren moeten worden gehouden op ijs en verteerd in batches. Het type, de concentratie en de lengte van de blootstelling aan spijsverteringsenzymen hebben allemaal aangetoond dat ze invloed hebben op een groot aantal oppervlakte moleculen op immuuncellen30,31,32. De digestie tijd is ook opzettelijk kort om celdood te beperken33. Verteerde cellen kunnen worden bevroren in Vries medium voor lange termijn opslag; echter, sommige celverlies zal optreden bij het ontdooien. Het verteringsproces kan minder dan optimaal zijn als de tumor stukken niet voldoende worden uitgedikt voordat Collagenase incubatie en dit zal duidelijk zijn als harde tumor stukjes in het filter zullen blijven na de spijsvertering. De Collagenase concentratie kan worden verlaagd als het werken met gezonde alvleesklier of vroege fase tumoren; rapporten over het uitpakken van gezonde alvleesklier ductale cellen gebruiken significant lagere concentraties34. Een hoge graad van epitheliale celdood is te verwachten tijdens de spijsvertering; echter, immune cellen moeten het proces goed tolereren. Alternatieve methoden bestaan voor het isoleren van levensvatbare epitheelcellen voor organoïde groei35 of om weefsel architectuur te behouden36.
Wijzigingen in het stimulatie protocol kunnen gemakkelijk worden gemaakt, afhankelijk van de gewenste uitlees-en immuuncel geanalyseerd (bijv. macrofagen of B-cellen). Het gebruik van pan-stimulatie reagentia PMA/ionomycine discrimineert niet voor de specificiteit van TCR-antigeen, waardoor het nuttig is wanneer het antigeen bekend is. De productie van IFNɣ is echter nauw verbonden met TCR engagement37 en zowel IFNɣ als TNFα-productie zijn van cruciaal belang in PDAC antitumorele responsen38. PMA/ionomycine stimulatie weerspiegelt de maximale capaciteit van T-cellen om cytokines te produceren, die al dan niet door de T-cellen binnen de tumor micro omgeving kunnen worden geproduceerd. Endogene productie kan worden gemeten zonder de noodzaak van stimulatie; echter, niveaus kunnen veel lager of niet detecteerbaar. Er zijn alternatieve methoden om T-cellen te stimuleren: anti-CD3/28-gecoate kralen, die ook geen antigeen of zelfs andere immuuncelpopulaties vereisen. Het voordeel van deze methode is het toestaan van kwantificering van de productie van cytokine door specifieke T-celsubgroepen zonder dat er scheidingsmethoden nodig zijn. Andere markers van cytotoxiciteit (Granzyme B en Perforin A), activiteit (IL-2) of immunosuppressie (IL-10) kunnen ook worden toegevoegd21. Echter, hoge kwaliteit flow cytometrie antilichamen zijn niet beschikbaar voor het opsporen van alle cytokines en factoren van belang. Daarom, als er andere toepassingen zoals ELISA vereist de stimulatie kan worden uitgevoerd zonder de opneming van brefeldin A/monensin, waardoor cytokine vrijkomen in de supernatant. Echter, van nota, dit zal toestaan totale cel cytokine vrijlating en het zal niet mogelijk zijn om te bepalen welke celpopulaties bijgedragen.
De productie van ifnγ is een dominant kenmerk van een antitumorele T celrespons, vaak gebruikt als vervanging voor TCR-antigeen herkenning37,38. Andere in vivo methoden die de antigeen-specifieke reacties nauwkeuriger definiëren, maken gebruik van tumorcellen die een bekend antigeen uitdrukken, zoals ovalbumin of SV40. Het universele antigeen kan vervolgens worden gebruikt ex vivo voor het testen van T-celherkenning of in combinatie met een TCR-restricted host Mouse. Indien het antigeen niet bekend is, kan de kwantificering van de groei van de T-cel worden uitgevoerd door bulk-TCR-sequencing, of meer recentelijk eencellige TCR-sequencing39,40. Om de toestand van de intra-morele T celrespons volledig te begrijpen, moeten markers die duiden op uitputting of remmende receptoren ook worden gemeten, waaronder: CTLA-4, PD-1, LAG-3, TIM3, 2B4. Evenals markers van Effector T cellen (CD44Hi, CD62lo) en proliferatieve activiteit, Ki67+ of csfe verdunning41,42,43,44. Over het algemeen biedt het orthotopic model een nuttig platform om snel therapeutische strategieën te testen, in het bijzonder die de antitumorele T-celrespons kunnen moduleren, die vervolgens kan worden gevalideerd op een kleinere cohort transgene, KPC, muizen.
The authors have nothing to disclose.
We willen graag de Animal Technician service en Dr. Alzbeta Talarovicova (Barts Cancer Institute, Queen Mary University of London, Londen, Verenigd Koninkrijk) bedanken voor hun hulp tijdens de orthotopic chirurgie. We willen ook Dr. Jennifer Morton (Beatson Institute for Cancer Research, Glasgow, Verenigd Koninkrijk) voor haar begeleiding in chirurgische techniek, Dr. Cristina Ghirelli (Barts Cancer Institute, Queen Mary University of London, Londen, Verenigd Koninkrijk) voor haar advies over tumor spijsvertering en Dr. Fabienne McClanahan (Barts Cancer Institute, Queen Mary University of London, Londen, Verenigd Koninkrijk) voor haar advies over ex vivo T Cell stimulatie We willen ook de Medical Research Council (MRC), pancreaskanker onderzoek Fonds (PCFR) en ovariële kanker actie bedanken die dit onderzoek hebben gefinancierd.
6/0 gauge coated vicryl absorbable sutures | Ethicon | W9500T | |
70 μm pore-size cell strainer | Fisher Scientific | 11597522 | |
9 mm Clay Adams clips | VetTech Solutions | IN015A | |
anti-CD107a PE (clone 1D4B) | Biolegend | 121612 | 1:100 to culture media |
anti-CD16/CD32 | BD Biosciences | 553142 | Use at final dilution 1:200 |
anti-CD3 PerCP eFluor710 (clone 17A2) | Biolegend | 46-0032 | Use at final dilution 1:50 |
anti-CD4 FITC (clone GK1.5) | eBioscience | 11-0041 | Use at final dilution 1:100 |
anti-CD45 Brilliant Violet 605 (clone 30-F11) | Biolegend | 103140 | Use at final dilution 1:200 |
anti-CD8 Brilliant Violet 421 (clone 53-6.7) | Biolegend | 100738 | Use at final dilution 1:100 |
anti-IFN-gamma PE/Cy7 (clone XMG1.2) | Biolegend | 505826 | Use at final dilution 1:50 |
anti-TNF-alpha Alexa Fluor 647 (clone MP6-X) | Biolegend | 506314 | Use at final dilution 1:50 |
BD Matrigel Basement Membrane Matrix High Concentration | BD Biosciences | 354248 | Aliquot on ice and store in -20 °C |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A4503 | |
Cell Stimulation Cocktail (500x) (phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) and ionomycin) | eBioscience | 00-4970-03 | 1x Final concentration PMA 0.081 μM, ionomycin 1.34 μM |
Clay Adams Autoclip Applier | VetTech Solutions | IN015B | |
Clay Adams Autoclip remover | VetTech Solutions | IN015B | |
Collagenase Type V from Clostridium histolyticum | Sigma-Aldrich | C9263 | 2 mg/mL in media |
Dimethyl sulphoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650-100mL | |
DMEM High glucose (4.5 g/L) with L-Glutamine | PAA | E15-810 | |
DNase (Deoxyribonuclease I from bovine pancreas Type II-S) stock 10 mg/mL in 0.15 M NaCl | Sigma-Aldrich | D4513 | Final concentration in digestion media 0.025 mg/mL |
Fixable Viability Dye 506 (FVD506) | eBioscience | 65-0866 | Use at 1:200 in PBS |
Foetal calf-serum (FCS) | GE Healthcare | A15-104 | 10% in RPMI |
Hamilton syringe 700 series, 25 μL volume, 22s gauge needle bevel tip | Fisher Scientific | 10100332 | |
Intracellular Fixation buffer and Intracellular Permeabilisation Buffer | eBioscience | 88-8824-00 | Dilute permeabilisation buffer to 1x in H2O |
Penicillin/streptomycin | PAA | 15140122 | 100 units/mL Penicillin, 100 μg/mL Streptomycin |
Protein transport inhibitor cocktail (500x) (brefeldin A and monesin) | eBioscience | 00-4980-03 | 1x Final concentration Brefeldin A 10.6 μM, monensin 2 μM |
RPMI-1640 (containing 0.3 g/L Glutamine) | Sigma-Aldrich | R8758 | |
Surgical Scalpel Blade No.10 | Swann-Morton | 0501 | |
Trypsin-EDTA Solution 10x | Sigma-Aldrich | 594-18C | Trypsin (0.1%) EDTA (0.4%) final concentration |
U-bottomed 96 microwell plate | VWR | 734-2080 | |
Universal Cotton Tipped Applicators – 6 inch x 100 | Medisave | UN982 | |
V-bottomed 96 microwell plate | VWR | 735-0184 |