Murine Lymfocytter Merking av<sup> 64</sup> Cu-antistoff Reseptor for målretting<em> In Vivo</em> Celletrafikken av PET / CT
Summary
Etter fremstillingen av en 64 Cu-modifisert monoklonalt antistoff-binding til et transgen murin T-celle-reseptor, T-celler er radiomerket in vivo, analysert for levedyktighet, funksjonalitet, merking stabilitet og apoptose, og adoptivt overført til mus med en luftveier forsinket-type hypersensitivitet reaksjonen for ikke-invasiv avbildning av positron emisjon tomografi / beregnet tomografi (PET / CT).
Abstract
Denne protokollen illustrerer fremstilling av 64 Cu og chelatoren konjugering / radiomerking av et monoklonalt antistoff (mAb), etterfulgt av murin lymfocytt cellekultur og 64 Cu-antistoff-reseptor målsøking av cellene. In vitro-evalueringen av den radiomarkør og ikke-invasiv in vivo-celle-sporing i en dyremodell av en luftvei forsinket type hypersensitivitetsreaksjon (DTHR) av PET / CT, er beskrevet.
I detalj er konjugering av et mAb med chelatoren 1,4,7,10-tetraazacyklododekan-1,4,7,10-tetraeddiksyre (DOTA) vist. Etter produksjon av radioaktivt 64 Cu, radioaktiv merking av det DOTA-konjugert mAb er beskrevet. Deretter utvidelse av kylling ovalbumin (Cova) -spesifikk CD4 + interferon (IFN) -γ-produserende T-hjelperceller (Cova-TH 1) og påfølgende radiomerking av Cova-TH1-celler er vist. Forskjellige in vitro teknikker er presentert for å evaluere effects av 64 Cu-radiomerking på cellene, slik som bestemmelse av cellelevedyktigheten ved trypan blå eksklusjon, fargingen for apoptose med annexin V for flowcytometri, og vurderingen av funksjonalitet av IFN-γ enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) . Videre er bestemmelsen av det radioaktive opptak inn i cellene og merking stabilitet er beskrevet i detalj. Denne protokollen beskriver videre hvordan man utfører celle sporing studier i en dyremodell for en luftvei DTHR og, derfor, er induksjonen av Cova-fremkalt akutt luftveis DHTR i BALB / c-mus inkludert. Til slutt blir en robust PET / CT-arbeidsflyt herunder bildeinnsamling, ombygging, og analysen presentert.
64 Cu-antistoff-reseptor målretting tilnærming med påfølgende reseptor internalisering gir høy spesifisitet og stabilitet, nedsatt cellulær toksisitet og lav-avgivelseshastigheter i forhold til vanlige PET-tracere for cellemerking, for eksempel 64 Cu-pyruvaldehyde bis (N4-methylthiosemicarbazone) (64 Cu-PTSM). Til slutt, vår tilnærming gjør det mulig ikke-invasiv in vivo celle sporing av PET / CT med et optimalt signal-til-støy-forhold i 48 timer. Denne eksperimentelle fremgangsmåte, kan overføres til forskjellige dyremodeller og celletyper med membran-bundne reseptorer som er internalisert.
Introduction
Ikke-invasiv celle-sporing er en allsidig verktøy for å overvåke cellefunksjon, migrasjon og homing in vivo. Nyere celle sporing studier har fokusert på mesenchymale 1, 2 eller benmarg avledede stamceller 3 i sammenheng med regenerativ medisin, autologe perifere hvite blodceller i betennelse eller T-lymfocytter in adoptive cellen terapi mot kreft 3, 4. Klarlegging av områder av handling og de underliggende biologiske prinsipper for celle-baserte terapier er av enorm betydning. CD8 + cytotoksiske T-lymfocytter, genetisk konstruert kimære antigen-reseptor (CAR) T-celler eller tumor-infiltrerende lymfocytter (Tīlss) ble ansett som gullstandarden. Imidlertid har tumor-assosierte antigen-spesifikke TH1-celler vist seg å være et effektivt behandlingsalternativ 4, </ sup> 5, 6, 7.
Som sentrale aktører i inflammasjon, organspesifikke autoimmune sykdommer (for eksempel revmatoid artritt eller astma bronkiale), og celler av høy interesse i cancer immunoterapi, er det viktig å karakterisere de temporale fordeling og homing mønstre av TH1-celler. Noninvasive in vivo avbildning av PET presenterer en kvantitativ, meget følsom fremgangsmåte 8 for å undersøke cellemigreringsmønstre, in vivo homing, og de områder av T-celle responser og handling i løpet av betennelser, allergier, infeksjoner eller tumor avvisning 9, 10, 11.
Klinisk, 111 In-oksin brukes for leukocytt-scintigrafi for diskriminering av betennelse og infeksjon 12, mens 2-deoksy-2- (18F) fluor-D-glukose (18F-FDG) blir ofte brukt for celle sporing studier av PET-3, 13. En stor ulempe med denne PET tracer, er imidlertid den korte halveringstid av radionukliden 18 F ved 109,7 minutter, og den lave intracellulære stabilitet som hindrer avbildning på senere tidspunkter etter adoptiv overføring celle. For lengre sikt in vivo-celle sporing studier av PET, men ustabil i cellene, er 64 Cu-PTSM ofte brukt for å spesifikt merke celler 14 og 15 med minimale skadelige effekter på T-celle-levedyktighet og funksjon 16.
Denne protokollen beskriver en metode for å redusere uheldige virkninger på cellenes levedyktighet og funksjon ved hjelp av en T-celle-reseptor (TCR) -spesifikk radioaktivt merket mAb. Først, produksjon av radioisotopen 64 Cu, konjugering av mAb KJ1-26 med the chelator DOTA, og den påfølgende 64 Cu-radiomerkings er vist. I et andre trinn, blir den isolasjon og utvidelse av Cova-TH1 celler av DO11.10 donormus og radiomerking med 64 Cu-lastet DOTA-konjugert mAb KJ1-26 (64 Cu-DOTA-KJ1-26) som er beskrevet i detalj. Vurderingen av opptaksverdier og utstrømning av radioaktivitet med en dosekalibratoren og ved y-telling, henholdsvis, så vel som vurdering av virkningene av 64 Cu-radiomerking på cellelevedyktigheten ved trypan blå eksklusjon og funksjonalitet med IFN-y-ELISA presenteres . For ikke-invasiv in vivo celle sporing, er det utløsning av en musemodell for Cova-fremkalt akutt luftveis DTHR og bilde-innhentings av PET / CT etter adoptiv overføring celle beskrevet.
Videre kan denne etikettmetoden kan overføres til forskjellige sykdomsmodeller, murine T-celler med forskjellige TCR eller generelle celler av interesse med membranbundne reseptorer eller uttrykk markers bakenforliggende sammenhengende membran skyt 17.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokollen gir en pålitelig og enkel metode for stabilt å radiomerke celler for in vivo sporing av PET. Ved hjelp av denne metode, Cova-TH1-celler, isolert og ekspandert in vitro fra donormus, kan merkes radioaktivt med 64 Cu-DOTA-KJ1-26-mAb og deres homing ble sporet til lungene og perithymic LNS som områder av Cova presentasjon i en Cova-fremkalt akutt luftveis DTHR.
Modifiseringen av mAb med chelatoren krever hurtig og effektivt arbeid og bruken av u…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Dr. Julia Heim, Walter Ehrlichmann, Ramona Stumm, Funda Cay, Daniel Bukala, Maren Harant samt Natalie Altmeyer for støtte under eksperimenter og dataanalyse. Dette arbeid ble støttet av Werner Siemens-Foundation, DFG gjennom SFB685 (prosjekt B6) og Fortune (2309-0-0).
Materials
| HCl, Suprapur | Merck, Darmstadt, Germany | 1.00318 | 64Cu production |
| Methanol, Suprapur | Merck, Darmstadt, Germany | 1.06007 | 64Cu production |
| Isopropanol, Suprapur | Merck, Darmstadt, Germany | 1.0104 | 64Cu production |
| Pt/Ir (90/10) plate | Ögussa | Custom made | 64Cu production |
| PEEK chamber | Ögussa | Custom made | 64Cu production |
| 64Ni | Chemotrade | 64Cu production | |
| Polygram SIL G/UV 254 plate | Macherey-Nagel | 805021 | 64Cu production |
| Ion exchange column | BioRad | AG1-X8 | 64Cu production |
| Solid state target system for PETtrace | WKL | costum made | 64Cu production |
| 64Cu work-up module | WKL | costum made | 64Cu production |
| Dose calibrator | Capintec | CRC-25R | |
| PETtrace cyclotron | General Electric Medical Systems | ||
| DOTA-NHS | Macrocyclics | B-280 | DOTA-conjugation |
| Anti-cOVA-TCR antibody (KJ1-26) | Isolated from hybridoma cell culture | DOTA-conjugation | |
| Na2HPO4 | Sigma-Aldrich | 71633 | DOTA-conjugation |
| H+ Chelex 100 | Sigma-Aldrich | C7901 | DOTA-conjugation |
| Amicon Ultra-15 filter unit | Merck Millipore | UFC910008 | DOTA-conjugation |
| Rotipuran ultrapure water | Carl Roth | HN68.3 | DOTA-conjugation |
| Ammonium acetate | Sigma-Aldrich | 32301 | DOTA-conjugation |
| PBS | University Tuebingen | DOTA-conjugation | |
| Micro Bio-spin P-6 column | Bio-Rad Laboratories | 7326221 | DOTA-conjugation |
| Sodium citrate | Sigma-Aldrich | 71497 | DOTA-conjugation |
| Cyclone Plus PhosphorImager | Perkin-Elmer | L2250116 | DOTA-conjugation |
| DMEM | Merck Millipore | 102568 | ingredient for T cell medium |
| FCS | Merck Millipore | S0115/1004B | ingredient for T cell medium |
| Sodium pyruvate | Merck Millipore | L0473 | ingredient for T cell medium |
| MEM-amino acids | Merck Millipore | K0293 | ingredient for T cell medium |
| HEPES | Merck Millipore | L 1613 | ingredient for T cell medium |
| Penicillin/Streptomycin | Merck Millipore | A2212 | ingredient for T cell medium |
| 0.05 mM 2-β-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M3148 | ingredient for T cell medium |
| DO11.10 mice | in-house breeding | TH1 cell culture | |
| DPBS | Gibco | 14190144 | TH1 cell culture |
| Cell strainer 40 µm | Corning | 352340 | TH1 cell culture |
| ACK Lysing Buffer | Lonza | 10-548E | TH1 cell culture |
| CD4 MicroBeads, mouse | Miltenyi Biotech | 130-097-145 | TH1 cell culture |
| QuadroMACS separator | Miltenyi Biotech | 130-090-976 | TH1 cell culture |
| LS column | Miltenyi Biotech | 130-042-401 | TH1 cell culture |
| anti-CD4 antibody (Gk1.5) | Isolated from hybridoma cell culture | TH1 cell culture | |
| anti-CD8 antibody (5367.2) | Isolated from hybridoma cell culture | TH1 cell culture | |
| Anti-rat antibody (MAR18.5) | Isolated from hybridoma cell culture | TH1 cell culture | |
| Rabbit complement MA | tebu-Bio | CL3221 | TH1 cell culture |
| Anti-IL-4 antibody (11B11) | Isolated from hybridoma cell culture | TH1 cell culture | |
| cOVA 323-339-peptide | EMC-micro-collections | Custom order | TH1 cell culture |
| CPG1668-oligonucleotides | Eurofins MWG Operon | Custom order | TH1 cell culture |
| IL-2 | Novartis | 65483-116-07 | TH1 cell culture |
| 96-well plates | Greiner | 655180 | TH1 cell culture |
| 24-well plates | Greiner | 662160 | TH1 cell culture |
| cell culture flask | Greiner | 660175 | TH1 cell culture |
| 48-well plates | Greiner | 677 180 | cell labeling |
| Gammacell 1000 | Best Theratronics | via inquiry | |
| Gulmay RT225 | Gulmay | via inquiry | |
| Trypan blue | Merck Millipore | L6323 | in vitro evaluation |
| Mouse IFN-γ ELISA | BD Biosciences | 558258 | in vitro evaluation |
| PE Annexin V Apoptosis Detection Kit | BD Biosciences | 559763 | in vitro evaluation |
| Tube 5 ml | Sarstedt | 55.476 | in vitro evaluation |
| Round-bottom tubes | BD Biosciences | 352008 | in vitro evaluation |
| Wizard γ-counter | Perkin-Elmer | 2480-0010 | in vitro evaluation |
| ELISA Reader MultiscanEX | Thermo Fisher Scientific | 51118177 | in vitro evaluation |
| Microscope | Leica | via inquiry | in vitro evaluation |
| BD LSRII | BD Biosciences | via inquiry | in vitro evaluation |
| BALB/c mice | Charles River | 028 | in vivo cell trafficking |
| Aluminum gel | Serva Electrophoresis | 12261.01 | in vivo cell trafficking |
| Xylazine | Bayer HealthCare | Ordered via University hospital | in vivo cell trafficking |
| Ketamine | Ratiopharm | Ordered via University hospital | in vivo cell trafficking |
| Isoflurane | CP-Pharma | Ordered via University hospital | in vivo cell trafficking |
| 30G needle | BD Biosciences | 304000 | in vivo cell trafficking |
| Syringe | BD Biosciences | 11612491 | in vivo cell trafficking |
| Capillaries 10 µl | VWR | 612-2439 | |
| Inveon PET scanner | Siemens Healthineers | no longer available | in vivo cell trafficking, alternative companies: Bruker, Mediso |
| Inveon SPECT/CT scanner | Siemens Healthineers | no longer available | in vivo cell trafficking |
| Inveon Research Workplace | Siemens Healthineers | image analysis, alternative software: Pmod |
References
- Cerri, S., et al. Intracarotid Infusion of Mesenchymal Stem Cells in an Animal Model of Parkinson’s Disease, Focusing on Cell Distribution and Neuroprotective and Behavioral Effects. Stem Cells Trans Med. 4 (9), 1073-1085 (2015).
- Hasenbach, K., et al. Monitoring the glioma tropism of bone marrow-derived progenitor cells by 2-photon laser scanning microscopy and positron emission tomography. Neuro Oncol. 14 (4), 471-481 (2012).
- Sood, V., et al. Biodistribution of 18F-FDG-Labeled Autologous Bone Marrow – Derived Stem Cells in Patients With Type 2 Diabetes Mellitus. Clin Nucl Med. 40 (9), 697-700 (2015).
- Perez-Diez, A., et al. CD4 cells can be more efficient at tumor rejection than CD8 cells. Blood. 109 (12), 5346-5354 (2007).
- Muranski, P., Restifo, N. P. Adoptive immunotherapy of cancer using CD4+ T cells. Curr. Opin. Immunol. 21 (2), 200-208 (2009).
- Braumuller, H., et al. T-helper-1-cell cytokines drive cancer into senescence. Nature. 494 (7437), 361-365 (2013).
- Kochenderfer, J. N., et al. Eradication of B-lineage cells and regression of lymphoma in a patient treated with autologous T cells genetically engineered to recognize CD19. Blood. 116 (20), 4099-4102 (2010).
- Cherry, S. R. Fundamentals of Positron Emission Tomography and Applications in Preclinical Drug Development. J. Clin. Pharmacol. 41 (5), 482-491 (2001).
- Tavaré, R., et al. An Effective Immuno-PET Imaging Method to Monitor CD8-Dependent Responses to Immunotherapy. Cancer Res. 76 (1), 73-82 (2016).
- Tavaré, R., et al. Engineered antibody fragments for immuno-PET imaging of endogenous CD8+ T cells in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111 (3), 1108-1113 (2014).
- Dobrenkov, K., et al. Monitoring the Efficacy of Adoptively Transferred Prostate Cancer-Targeted Human T Lymphocytes with PET and Bioluminescence Imaging. J Nucl Med. 49 (7), 1162-1170 (2008).
- Rini, J. N., et al. PET with FDG-labeled Leukocytes versus Scintigraphy with 111In-Oxine-labeled Leukocytes for Detection of Infection. Radiology. 238 (3), 978-987 (2006).
- Ritchie, D., et al. In vivo tracking of macrophage activated killer cells to sites of metastatic ovarian carcinoma. Cancer Immunol. Immunother. 56 (2), 155-163 (2006).
- Adonai, N., et al. Ex vivo cell labeling with 64Cu-pyruvaldehyde-bis(N4-methylthiosemicarbazone) for imaging cell trafficking in mice with positron-emission tomography. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (5), 3030-3035 (2002).
- Huang, J., Lee, C. C. I., Sutcliffe, J. L., Cherry, S. R., Tarantal, A. F. Radiolabeling Rhesus Monkey CD34+ Hematopoietic and Mesenchymal Stem Cells with 64Cu-Pyruvaldehyde-Bis(N4-Methylthiosemicarbazone) for MicroPET Imaging. Mol. Imaging. 7 (1), (2008).
- Griessinger, C. M., et al. In Vivo Tracking of Th1 Cells by PET Reveals Quantitative and Temporal Distribution and Specific Homing in Lymphatic Tissue. J Nucl Med. 55 (2), 301-307 (2014).
- Griessinger, C. M., et al. 64Cu antibody-targeting of the T-cell receptor and subsequent internalization enables in vivo tracking of lymphocytes by PET. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112 (4), 1161-1166 (2015).
- McCarthy, D. W., et al. Efficient production of high specific activity 64Cu using a biomedical cyclotron. Nucl. Med. Biol. 24 (1), 35-43 (1997).
- Kalkhof, S., Sinz, A. Chances and pitfalls of chemical cross-linking with amine-reactive N-hydroxysuccinimide esters. Anal. Bioanal. Chem. 392 (1), 305-312 (2008).
- Bedoya, S. K., Wilson, T. D., Collins, E. L., Lau, K., Larkin Iii, ., J, Isolation and Th17 Differentiation of Naive CD4 T Lymphocytes. J Vis Exp. (79), e50765 (2013).
- Flaherty, S., Reynolds, J. M. Mouse Naive CD4+ T Cell Isolation and In vitro Differentiation into T Cell Subsets. J Vis Exp. (98), e52739 (2015).
- Judenhofer, M., Wiehr, S., Kukuk, D., Fischer, K., Pichler, B. Chapter 363. Small Animal Imaging. Basics and Practical Guide. , 363-370 (2011).
- Phelps, M. E. . PET. Molecular Imaging and Its Biological Applications. , 93-101 (2004).
- Wu, A. M. Antibodies and Antimatter: The Resurgence of Immuno-PET. JNM. 50 (1), 2-5 (2009).
- Lewis, M. R., et al. In vivo evaluation of pretargeted 64Cu for tumor imaging and therapy. J Nucl Med. 44 (8), 1284-1292 (2003).
- Boswell, C. A., et al. Comparative in vivo stability of copper-64-labeled cross-bridged and conventional tetraazamacrocyclic complexes. J Med Chem. 47 (6), 1465-1474 (2004).
- Ghosh, S. C., et al. Comparison of DOTA and NODAGA as chelators for (64)Cu-labeled immunoconjugates. Nucl Med Biol. 42 (2), 177-183 (2015).
- Johnson, T. E., Birky, B. K. . Health Physics and Radiological Health. , (2011).
- Helmchen, F., Denk, W. Deep tissue two-photon microscopy. Nat Meth. 2 (12), 932-940 (2005).
