Makale, sağlıklı donör kimerik antijen reseptörü T hücrelerinde genom çapında bir CRISPR nakavt ekranını tamamlamak için tükenme için bir in vitro modelin uygulanması için bir protokolü açıklamaktadır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Makale, sağlıklı donör kimerik antijen reseptörü T hücrelerinde genom çapında bir CRISPR nakavt ekranını tamamlamak için tükenme için bir in vitro modelin uygulanması için bir protokolü açıklamaktadır.
Kimerik antijen reseptörü T (CART) hücre tedavisi, kanser tedavisinde devrim yaratan yenilikçi bir hedefe yönelik immünoterapi şeklidir. Bununla birlikte, kalıcı yanıt sınırlı kalmaktadır. Son çalışmalar, preinfüzyon CART hücre ürünlerinin epigenetik manzarasının tedaviye yanıtı etkileyebileceğini göstermiştir ve gen düzenlemesi bir çözüm olarak önerilmiştir. Bununla birlikte, optimal gen düzenleme stratejisini belirlemek için daha fazla çalışma yapılması gerekmektedir. Genom çapında CRISPR ekranları, hem direnç mekanizmalarını araştırmak hem de gen düzenleme stratejilerini optimize etmek için popüler araçlar haline geldi. Yine de birincil hücrelere uygulanmaları birçok zorluk ortaya çıkarmaktadır. Burada, sağlıklı donörlerden alınan CART hücrelerinde genom çapında bir CRISPR nakavt ekranını tamamlamak için bir yöntem açıklıyoruz. Bir kavram kanıtı modeli olarak, CD19 antijenini hedefleyen CART hücrelerinde tükenme gelişimini araştırmak için bu yöntemi tasarladık. Bununla birlikte, bu yaklaşımın farklı CAR yapılarında ve tümör modellerinde tedaviye karşı çeşitli direnç mekanizmalarını ele almak için kullanılabileceğine inanıyoruz.
Kimerik antijen reseptörü T (CART) hücre tedavisi, B hücreli malignitelerin tedavisinde etkileyici bir başarı göstermiştir; Bununla birlikte, dayanıklı yanıt %30-40 ile sınırlıdır1,2,3,4,5. Araştırmacılar, CAR tasarımının optimizasyonu, gen düzenleme ve kombinasyon tedavileri dahil olmak üzere CART hücre tedavisine direnç mekanizmalarını ele almak için çeşitli yaklaşımlar geliştirmiş ve test etmiş olsalar da, direncin gelişimi büyük ölçüde bilinmemektedir. Son zamanlarda, preinfüzyon CART hücre ürünlerinin başlangıç gen ekspresyon profilinin, CART tedavisinin 6,7,8,9 hem toksisitesinin hem de etkinliğinin önemli bir belirleyicisi olduğuna dair artan kanıtlar olmuştur. Bu nedenle, CART hücre üretimi sırasında gen düzenleme, CART hücre tedavisinin başarısını artırmak için popüler bir yaklaşım haline gelmiştir.
Örneğin, laboratuvarımız daha önce gen granülosit-makrofaj koloni uyarıcı faktörü (GM-CSF) devre dışı bırakmak için kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar (CRISPR) Cas9 teknolojisinin kullanılmasının CART hücre aktivitesini iyileştirdiğini ve CART ile ilişkili toksisite belirtilerini azalttığını göstermiştir 10,11,12. Ek olarak, CRISPR ile tasarlanmış hücre tedavisi klinik çalışmalarda test edilmiş ve etkinlik ve güvenlik göstermiştir13. Birlikte, bu, CRISPR teknolojisi ile gen düzenlemenin yalnızca CART hücre biyolojisi anlayışımızı geliştirmekle kalmayıp, aynı zamanda çevrilebilir CART hücre ürünleri de üretebileceğini göstermektedir.
Genom çapında CRISPR nakavt ekranları, terapötiklere direnç mekanizmalarını anlamak için kanser biyolojisi araştırmalarında giderek daha popüler araçlar haline geldi. Bu teknikte, hücre başına bir gRNA'nın girişini teşvik etmek için on binlerce kılavuz RNA (gRNA) hücre havuzlarına verilir14. Daha sonra hücreler, temel genleri hedefleyen gRNA'larla dönüştürülen hücrelerin öldüğü ve inhibitör genleri hedefleyen gRNA'larla dönüştürülen hücrelerin hayatta kaldığı ve çoğaldığı basınca neden olan koşullara tabi tutulur. Yeni nesil dizileme kullanarak, gRNA temsilinin CRISPR ekranı14 boyunca nasıl değiştiğini belirleyebiliriz.
Bununla birlikte, genom çapında gen bozulmaları için gereken ölçek ve seçim süresinin, CART hücreleri gibi birincil hücrelerde gerçekleştirilmesi zor olabilir. Bu nedenle, gruplar terapötik dirençmekanizmalarını daha iyi anlamak için hedefli CRISPR ekranlarını kullanmışlardır 15,16. Hedeflenen ekranların birincil hücrelerde tamamlanması genellikle daha kolaydır, çünkü yeterli kitaplık gösterimi elde etmek için daha az hücre gerektiren daha küçük kitaplıklara sahiptirler. Bu çalışmalar, CART hücre tedavisine direnç mekanizmaları hakkındaki anlayışımızı geliştirmiş olsa da, hedefe yönelik ekranlar, gen hedeflerinin manuel olarak seçilmesi nedeniyle bir önyargı ortaya koymaktadır. Bu makale, sağlıklı donörlerden alınan CART hücrelerinde in vitro genom çapında bir CRISPR nakavt ekranını tamamlamak için bir yöntemi tanımlamayı amaçlamaktadır. Bu nedenle, bu yüksek verimli yaklaşım, terapötik yanıtları iyileştirmek için düzenlenebilen temel yolların ve genlerin verimli, tarafsız bir şekilde tanımlanmasına olanak tanır 17,18,19.
Özellikle, bu makalede açıklanan protokol, genom çapında CRISPR nakavt ekranını tükenme için bir in vitro modelle tamamlayarak alanın CART hücre tükenmesi konusundaki anlayışını artırmak için tasarlanmıştır. Tükenme, CART hücre tedavisine yanıt vermemeyle ilişkilendirilen işlevsiz bir CART hücre kaderidir 20,21,22. Bu hücresel kaderin epigenetik olarak düzenlendiği bilinmektedir ve CART hücre proliferasyonunda bir azalma, efektör sitokin üretiminde bir azalma ve inhibitör reseptörlerin ekspresyonunda bir artış ile karakterize edilir23. Önceki literatürde, gen düzenleme, anahtar genleri yukarı veya aşağı regüle ederek tükenme gelişimini önleyebilmiştir 24,25,26. Hem CART hücreleri tükendikçe proliferatif kabiliyetteki azalma hem de gen düzenlemenin oluşumunu önleyebileceğine dair kanıtlar göz önüne alındığında, in vitro genom çapında CRISPR nakavt ekranımızı bu hücresel kader üzerinde modelledik. Bununla birlikte, bu protokol gelecekte CART hücre tedavisine karşı diğer direnç mekanizmalarını araştırmak için değiştirilebilir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Daha da önemlisi, aşağıda özetlenen protokol, Mayo Clinic'in Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB 18-005745) ve Kurumsal Biyogüvenlik Komitesi'nin (IBC HIP00000252.43) yönergelerini takip eder ve bunlardan onay almıştır. Lentiviral üretim de dahil olmak üzere tüm hücre kültürü çalışmaları, uygun kişisel koruyucu ekipmana sahip bir hücre kültürü başlığında gerçekleştirilmelidir. Özellikle, lentiviral çalışma, bertaraf edilmeden önce öğeleri dezenfekte etmek için %2 çamaşır suyu kullanımı da dahil olmak üzere biyogüvenlik seviye 2 (BSL-10) önlemleri altında yapılmalıdır.
1. CRISPR Kütüphanesinin Güçlendirilmesi
2. CRISPR kütüphanesinde temel gRNA temsilini doğrulamak için yeni nesil dizileme
NOT: Bu CRISPR kütüphanesi için NGS primerleri, önceki bir yayındatasarlanmıştır 27. Her numune için farklı bir ters astar kullanmak, her numuneyi barkodlayacak ve sıralama sırasında numunelerin havuzlanmasına izin verecektir.


Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
CART hücre aktivitesini tarafsız bir şekilde iyileştirmek için düzenlenebilen genleri ve yolları sorgulamak için, in vitro genom çapında bir CRISPR nakavt ekranı tasarladık (Şekil 1). Bu ekranın iki aşaması vardır: bir CART hücresi üretim aşaması ve seçici bir basınç aşaması. CART hücre üretim aşamasında, en az 110 × 106 T hücresi önce sağlıklı donör PBMC'lerden izole edilir ve CD3 + / CD28 + boncukları ile aktive edilir. Ertesi gün, 1. günde...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Gen düzenleme, hem tedavilere direnç mekanizmalarını anlamada hem de CART hücrelerinin ömrünü ve aktivitesini iyileştirmek için yeni CART hücre tedavileri tasarlamada güçlü bir araç haline gelmiştir 16,17,26. Bazı gen düzenleme stratejileri hem klinik öncesi modellerde hem de klinik çalışmalarda CART hücre aktivitesinde iyileşmeler göstermiş olsa da, gen düzenleme stratejilerini optimize etmek i...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
SSK, Novartis'e (Mayo Clinic, Pennsylvania Üniversitesi ve Novartis arasındaki bir anlaşma yoluyla), Humanigen'e (Mayo Clinic aracılığıyla), Mettaforge'a (Mayo Clinic aracılığıyla) ve MustangBio'ya (Mayo Clinic aracılığıyla) ve Chymal therapeutics'e (Mayo Clinic aracılığıyla) lisanslı CAR immünoterapi alanındaki patentlerin mucididir. CS, CMR ve SSK, Immix Biopharma'ya lisanslı patentlerin mucitleridir. SSK, Kite, Gilead, Juno, BMS, Novartis, Humanigen, MorphoSys, Tolero, Sunesis/Viracta, LifEngine Hayvan Sağlığı Laboratuvarları A.Ş. ve Lentigen'den araştırma fonu almaktadır. SSK, Kite/Gilead, Calibr, Luminary Therapeutics, Humanigen, Juno/BMS, Capstan Bio ve Novartis ile danışma toplantılarına katılmıştır. SSK, Humanigen ve Carisma ile veri güvenliği ve izleme kurulunda görev almıştır. SSK, Torque, Calibr, Novartis, Capstan Bio, BMS, Carisma ve Humanigen için bir danışman ayırdı. CMS ve SSK, bu protokolden kaynaklanan fikri mülkiyetin mucitleridir.
Bu çalışma kısmen Mayo Clinic Bireyselleştirilmiş Tıp Merkezi (SSK), Mayo Clinic Kapsamlı Kanser Merkezi (SSK), Mayo Clinic Rejeneratif Biterapötikler Merkezi (SSK), Ulusal Sağlık K12CA090628 Enstitüleri (SSK) ve R37CA266344-01 (SSK), Savunma Bakanlığı hibe CA201127 (SSK), Predolin Vakfı (SSK) ve Minnesota Biyoteknoloji ve Tıbbi Genomik Ortaklığı (SSK) tarafından finanse edilmiştir. CMS, Mayo Clinic Biyomedikal Bilimler Enstitüsü tarafından desteklenmektedir. CRISPR ekran şeması (Şekil 1) BioRender.com (Siegler, L. (2022) https://BioRender.com/k71r054) ile oluşturulmuştur.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 293T hücreleri | ATCC | CRL-3216 | Lentivirüs üretimi için kullanılan hücreler |
| Biotin ProteinL Antikoru | GenScript | M00097 | CAR tespiti için anti-kappa zincir antikoru |
| Sığır Serumu Albümin | Millipore Sigma | A7906 | |
| Karbenisilin disodyum tuzu | Millipore Sigma | C1389-1G | Karbenisilin antibiyotik |
| CD4 İzolasyonu Boncuk | Miltenyi Biotec | 130-045-101 | |
| CD8 İzolasyon Boncukları | Miltenyi Biotec | 130-045-201 | |
| CTS (Hücre Tedavi Sistemleri) Dynabeads CD3 / CD28 | Gibco | 40203D | |
| Cytoflex | Beckman Coulter | NC2279958 | |
| DNaz İçermeyen Su | İnvitrojeni | AM9937 | |
| Dulbecco'nun modifiye kartal ortamı (DMEM) | Corning | 10-017-CV | |
| Dulbecco'nun Fosfat Tamponlu Tuzlu Suyu | Gibco | 14190-144 | |
| EasySep İnsan T Hücresi İzolasyon Kiti | STEMCELL Teknolojileri | 17951RF | Negatif izolasyon kiti |
| Endura Elektroyetkin Hücreler | Biyoaraştırma Teknolojileri | 60242-1 | Geri kazanım ortamlı elektroyetkin hücreler |
| Etanol | Millipore Sigma | E7023 | |
| Fetal sığır serumu (FBS) | Corning | 35-010-CV | |
| GeCKO v2 CRISPR Nakavt Havuzlanmış Kitaplık A | AddGene | 1000000048 | CRISPR kütüphanesi plazmid |
| Gen Pulser II | Bio-Rad | 165-2105 | Elektroporatör |
| Glikojen | Milipore Sigma | 10901393001 | |
| JeKo-1 | ATCC | CRL-3006 | CD19+ hedef hücreler |
| Lipofectamine 3000 Transfeksiyon Reaktifi | ThermoFisher Scientific | L3000075 | Bir transfeksiyon reaktifi (Lipofectamine 3000 Reaktifi) ve bir nötr ko-lipid reaktifi (p3000) içeren transfeksiyon reaktif kitiCANLI |
| /ÖLÜ Aqua | Invitrogen | L34966 | |
| Lenforep | KÖK HÜCRE Teknolojileri | 7851 | Yoğunluk gradyan ortamı |
| Machery-Nagel NucleoBond Xtra Maxi Kitleri | ThermoFisher Scientific | 12748412 | Maxi-hazırlık kiti |
| NEBNext Yüksek Kaliteli 2X PCR MasterMix | New England BioLabs | M0541S | Yüksek kaliteli PCR mastermix |
| Opti-MEM I Azaltılmış Serum Ortamı | Gibco | 31985-070 | İndirgenmiş serum ortamı |
| pCMVR8.74 | AddGene | 22036 | Lentiviral ambalaj plazmidi |
| Pennisilin-streptomisin-glutamin (100X) | Yaşam Teknolojileri | 10378-016 | |
| pMD2.G | AddGene | 12259 | VSV-G plazmid eksprese eden |
| Havuzlanmış İnsan AB Serumu | Yenilikçi Araştırma | ISERABHI | |
| Puromycin | Millipore Sigma | P8833 | |
| QIAquick Jel Ekstraksiyon Kiti | Qiagen | 28704 | Gek ekstraksiyon kiti |
| Qucik-DNA Midiprep Plus Kiti | gDNA'yı izole etmek için kullanılan | Zymo Research | D4075 |
| RoboSep-S | STEMCELL Technologies | 21000 | Otomatik hücre ayırıcı |
| Roswell Park Memorial Enstitüsü 1640 Orta (RPMI) | Gibco | 21870092 | |
| SepMate-50 | KÖK HÜCRE Teknolojileri | 85450 | Yoğunluk gradyan ayırma tüpü |
| Sodyum Asetat | Invitrogen | AM9740 | |
| Sodyum Azide | Fisher Scientific | 71448-16 | |
| Streptavidin Antikoru (PE) | BioLegend | 405203 | İkincil antikor CAR tespiti için kullanılan |
| T100 Termal Döngüleyici | Bio-Rad | 1861096 | |
| Ultrasantrifüj (Optima XPN-80) | BeckmanCoulter | A99839 | |
| Vakum Filtre Sistemleri, 0.22 ve mikro; m | ThermoFisher Scientific | 567-0020 | |
| Vakum Filtre Sistemleri, 0.45 & m | ThermoFisher Scientific | 165-0045 | |
| X-VIVO 15 Serumsuz Hematopoetik Hücre Ortamı | Lonza | 04-418Q | Hematopoetik hücre ortamı |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.