Summary

Production de cellules CAR-T humaines conçues par CRISPR

Published: March 15, 2021
doi:

Summary

Nous présentons ici un protocole d’édition de gènes dans les cellules T humaines primaires utilisant la technologie CRISPR Cas pour modifier les cellules CAR-T.

Abstract

Les thérapies cellulaires adoptives utilisant des cellules T réceptrices de l’antigène chimérique (cellules CAR-T) ont démontré une efficacité clinique remarquable chez les patients atteints de tumeurs malignes hématologiques et sont actuellement à l’étude pour diverses tumeurs solides. Les cellules CAR-T sont générées en retirant les cellules T du sang d’un patient et en les modifiant pour exprimer un récepteur immunitaire synthétique qui redirige les cellules T pour reconnaître et éliminer les cellules tumorales cibles. L’édition génique des cellules CAR-T a le potentiel d’améliorer l’innocuité des thérapies cellulaires CAR-T actuelles et d’augmenter encore l’efficacité des cellules CAR-T. Ici, nous décrivons les méthodes d’activation, d’expansion et de caractérisation des cellules CAR-T dirigées CD19 conçues par CRISPR chez l’homme. Cela comprend la transduction du vecteur lentiviral CAR et l’utilisation de l’ARN guide unique (SGRNA) et de l’endonucléase Cas9 pour cibler les gènes d’intérêt dans les cellules T. Les méthodes décrites dans ce protocole peuvent être universellement appliquées à d’autres constructions CAR et gènes cibles au-delà de ceux utilisés pour cette étude. En outre, ce protocole traite des stratégies de conception de l’ARNg, de la sélection de l’ARNg principal et de la validation de l’élimination du gène cible afin d’obtenir de manière reproductible une ingénierie CRISPR-Cas9 multiplexe à haute efficacité de cellules T humaines de qualité clinique.

Introduction

La thérapie cellulaire par récepteur de l’antigène chimérique (CAR)-T a révolutionné le domaine des thérapies cellulaires adoptives et de l’immunothérapie du cancer. Les cellules CAR-T sont des cellules T modifiées exprimant un récepteur immunitaire synthétique qui combine un fragment d’anticorps à chaîne unique spécifique à l’antigène avec des domaines de signalisation dérivés de la chaîne TCRzeta et des domaines costimulatoires nécessaires et suffisants pour l’activation et la co-stimulation des lymphocytes T1,2,3,4 . La fabrication de cellules CAR-T commence par l’extraction des propres cellules T du patient, suivie de la transduction virale ex vivo du module CAR et de l’expansion du produit des cellules CAR-T avec des billes magnétiques qui fonctionnent comme des cellules présentatrices d’antigènes artificiels5. Les cellules CAR-T expansées sont réinfusées dans le patient où elles peuvent se greffer, éliminer les cellules tumorales cibles et même persister pendant plusieurs années après la perfusion6,7,8. Bien que la thérapie par cellules CAR-T ait entraîné des taux de réponse remarquables dans les tumeurs malignes à cellules B, le succès clinique des tumeurs solides a été remis en question par de multiples facteurs, notamment une mauvaise infiltration des cellules T9,un microenvironnement tumoral immunosuppresseur10,la couverture et la spécificité de l’antigène et le dysfonctionnement des cellules CAR-T11,12 . Une autre limitation de la thérapie cellulaire CAR-T actuelle comprend l’utilisation de cellules T autologues. Après plusieurs cycles de chimiothérapie et une charge tumorale élevée, les cellules CAR-T peuvent être de mauvaise qualité par rapport aux produits CAR-T allogéniques de donneurs sains, en plus du temps et des dépenses associés à la fabrication de cellules CAR-T autologues. L’édition génétique du produit de cellules CAR-T par CRISPR/Cas9 représente une nouvelle stratégie pour surmonter les limites actuelles des cellules CAR-T13,14,15,16,17.

CRISPR/Cas9 est un système à deux composants qui peut être utilisé pour l’édition ciblée du génome dans les cellules de mammifères18,19. L’endonucléase Cas9 associée à CRISPR peut induire des cassures double brin spécifiques au site guidées par de petits ARN grâce à l’appariement de bases avec la séquence d’ADN cible20. En l’absence d’un gabarit de réparation, les ruptures double brin sont réparées par la voie d’assemblage d’extrémité non homologique (NHEJ) sujette aux erreurs, entraînant des mutations de décalage de trame ou des codons d’arrêt prématurés par des mutations d’insertion et de délétion (INDELs)19,20,21. L’efficacité, la facilité d’utilisation, la rentabilité et la capacité d’édition du génome multiplex font de CRISPR/Cas9 un outil puissant pour améliorer l’efficacité et la sécurité des cellules CAR-T autologues et allogéniques. Cette approche peut également être utilisée pour modifier les cellules T dirigées par TCR en remplaçant la construction CAR par un TCR. De plus, les cellules CAR-T allogéniques qui ont un potentiel limité de causer la maladie du greffon contre l’hôte peuvent également être générées par l’édition génique du locus TCR, b2m et HLA.

Dans ce protocole, nous montrons comment l’ingénierie CRISPR des lymphocytes T peut être combinée avec l’administration médiée par un vecteur viral du CAR-Transgene pour générer des produits de cellules CAR-T modifiés par le génome avec une efficacité et une sécurité accrues. Un diagramme schématique de l’ensemble du processus est illustré à la figure 1. En utilisant cette approche, nous avons démontré l’élimination de gènes à haute efficacité dans les cellules CAR-T humaines primaires. La figure 2A décrit en détail la chronologie de chaque étape de l’édition et de la fabrication des lymphocytes T. Des stratégies pour la conception d’ARN guide et la validation de l’élimination sont également discutées pour appliquer cette approche à divers gènes cibles.

Protocol

Les lymphocytes T humains ont été obtenus par l’intermédiaire du noyau d’immunologie humaine de l’Université de Pennsylvanie, qui fonctionne selon les principes des bonnes pratiques de laboratoire avec des procédures opérationnelles standard établies et / ou des protocoles pour la réception, le traitement, la congélation et l’analyse des échantillons conformément aux directives éthiques de la MIATA et de l’Université de Pennsylvanie. 1. Production de vecteurs lentiviraux</…

Representative Results

Nous décrivons ici un protocole de génie génétique des lymphocytes T, qui peut être utilisé pour générer à la fois des cellules CAR-T autologues et allogéniques, ainsi que des cellules T redirigées par TCR. La figure 1 fournit une description détaillée des étapes impliquées dans le processus de fabrication des lymphocytes T édités par CRISPR. Le processus commence par la conception de l’ARNg pour le gène d’intérêt. Une fois que les sgRNA so…

Discussion

Nous décrivons ici des approches pour modifier les gènes des cellules CAR-T à l’aide de la technologie CRISPR Cas9 et fabriquons des produits pour tester davantage la fonction et l’efficacité. Le protocole ci-dessus a été optimisé pour effectuer l’édition de gènes CRIPSR dans des cellules T humaines primaires combinées à des cellules T d’ingénierie avec des récepteurs d’antigènes chimériques. Ce protocole permet une efficacité élevée de knockout avec une variabilité minimale de donneur à don…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nous reconnaissons le noyau d’immunologie humaine pour la fourniture de cellules T de donneurs normaux et le noyau de cytométrie en flux à l’Université de Pennsylvanie.

Materials

4D-Nucleofactor Core Unit Lonza AAF-1002B
4D-Nucleofactor X-Unit Lonza AAF-1002X
Accuprime Pfx Supermix ThermoFisher 12344040
Beckman Optima XPN ultracentrifuge Beckman Coulter
Brilliant Violet 605 anti-human CD3 Antibody Biolegend 317322 Clone OKT3
BV711 Anti-human PD1 Biolegend Clone EH12.2H7
Cas9-Electroporation enhancers IDT 1075915
CD3/CD28 Dynabeads ThermoFisher 40203D
CD4+ T cell isolation Kit StemCell technologies 15062
CD8+ T cell isolation Kit StemCell technologies 15063
Corning 0.45 micron vacuum filter/bottle Corning 430768
Corning T150 cell culture flask Millipore Sigma CLS430825
DMSO Millipore Sigma D2650
DNAeasy Blood and Tissue Kit Qiagen 69504
DynaMag Magnet ThermoFisher 12321D
Glutamax supplement ThermoFisher 35050061
HEK293T cells ATCC CRL-3216
HEPES (1 M) ThermoFisher 15630080
huIL-15 PeproTech 200-15
huIL-7 PeproTech 200-07
Lipofectamine 2000 ThermoFisher 11668019
Nucleospin Gel and PCR cleanup Takara 740609.25
Opti-MEM ThermoFisher 31985062
P3 Primary cell 4D-nucleofactor X Kit L Lonza V4XP-3024
Penicilin-Streptomycin-Glutamine ThermoFisher 10378016
pTRPE expression Plasmid in house
Rabbit Anti-Mouse FMC63 scFv Monoclonal Antibody, (R19M), PE CytoArt 200105
RPMI1640 ThermoFisher 12633012
sgRNA IDT
Spy Fi Cas9 Aldevron 9214
Ultracentrifuge tubes Beckman Coulter 326823
Viral packaging mix in house
X-Vivo-15 Media Lonza BE02-060F

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Cite This Article
Agarwal, S., Wellhausen, N., Levine, B. L., June, C. H. Production of Human CRISPR-Engineered CAR-T Cells. J. Vis. Exp. (169), e62299, doi:10.3791/62299 (2021).

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