Murina de linfocitos Etiquetado por<sup> 64</sup> Cu-Anticuerpo objetivo de receptores de<em> En Vivo</em> Tráfico de células mediante PET / CT
Summary
Después de la preparación de un anticuerpo monoclonal modificado-Cu 64 la unión a un receptor de células T murino transgénico, las células T son radiomarcado in vivo, se analizaron para viabilidad, la funcionalidad, la estabilidad etiquetado y apoptosis, y adoptivamente transferidas en ratones con una vía aérea hipersensibilidad de tipo retardado reacción para formación de imágenes no invasiva mediante tomografía de emisión de positrones / tomografía computarizada (PET / CT).
Abstract
Este protocolo ilustra la producción de 64 Cu y el quelante de conjugación / radiomarcaje de un anticuerpo monoclonal (mAb), seguido de cultivo de células de linfocitos murinos y receptor 64 Cu-anticuerpo dirigido de las células. Evaluación in vitro de se describen el radiomarcador y no invasiva en el rastreo de células in vivo en un modelo animal de una reacción de hipersensibilidad de tipo retardado de la vía aérea (DTHR) por PET / CT.
En detalle, se muestra la conjugación de un mAb con el quelante de ácido 1,4,7,10-tetraazaciclododecano-1,4,7,10-tetraacético (DOTA). Después de la producción de radioactivo 64 Cu, radiomarcaje del mAb DOTA-conjugado se describe. A continuación, la expansión de la ovoalbúmina de pollo (COVA) CD4 específica de + interferón (IFN) -γ productoras se representan las células T helper (cova-Th1) y el posterior radiomarcaje de las células cova-TH1. Diversas técnicas in vitro se presentan para evaluar la efefec- de 64 Cu-radiomarcaje en las células, tales como la determinación de la viabilidad celular por exclusión de azul de tripano, la tinción para la apoptosis con Anexina V para citometría de flujo, y la evaluación de la funcionalidad mediante la enzima de ensayo inmunoabsorbente ligado a IFN-γ (ELISA) . Además, la determinación de la absorción radiactiva en las células y la estabilidad de etiquetado se describen en detalle. Este protocolo describe además cómo realizar estudios de seguimiento de células en un modelo animal para una DTHR las vías respiratorias y, por lo tanto, se incluye la inducción de la vía aérea DHTR aguda inducida por cova en ratones BALB / c. Por último, se presenta un robusto flujo de trabajo de PET / CT incluyendo la adquisición de imágenes, reconstrucción y análisis.
El enfoque dirigido a un receptor 64 Cu-anticuerpo con la subsiguiente internalización del receptor proporciona una alta especificidad y estabilidad, la reducción de la toxicidad celular, y las bajas tasas de flujo de salida en comparación con PET comunes trazadores para el etiquetado de células, por ejemplo 64 Cubis -pyruvaldehyde (N4-metiltiosemicarbazona) (64 Cu-PTSM). Por último, nuestro enfoque permite no invasivo en el seguimiento in vivo de células mediante PET / CT con una relación óptima de señal a fondo durante 48 h. Este enfoque experimental se puede transferir a diferentes modelos animales y tipos de células con receptores unidos a la membrana que se internalizan.
Introduction
Seguimiento de células no invasiva es una herramienta versátil para controlar la función celular, la migración y homing in vivo. Recientes estudios de seguimiento celular se han centrado en mesenquimales 1, 2 o de médula ósea las células madre derivadas de 3 en el contexto de la medicina regenerativa, las células blancas de la sangre periférica autólogas en la inflamación o linfocitos T en las terapias con células adoptivas contra el cáncer de 3, 4. La elucidación de los sitios de acción y los principios biológicos subyacentes de las terapias basadas en células es de tremenda importancia. Linfocitos T citotóxicos CD8 +, por ingeniería genética del receptor de antígeno quimérico (CAR) las células T o linfocitos infiltrantes de tumor (TIL) fueron consideradas ampliamente como el estándar de oro. Sin embargo, las células TH1 específicos de antígeno asociado a tumores han demostrado ser una opción de tratamiento alternativa efectiva 4, </ sup> 5, 6, 7.
Como actores clave en la inflamación, enfermedades autoinmunes específicas de órganos (por ejemplo, la artritis reumatoide o el asma bronquial), y células de gran interés en la inmunoterapia del cáncer, es importante para caracterizar los patrones de distribución y homing temporales de células TH1. No invasiva in vivo de formación de imágenes por PET presenta un método cuantitativo, altamente sensible 8 para examinar los patrones de migración de células, en homing vivo, y los sitios de acción y las respuestas de células T durante la inflamación, alergias, infecciones o el rechazo del tumor 9, 10, 11.
Clínicamente, 111 In-oxina se utiliza para la gammagrafía de leucocitos para la discriminación de la inflamación y la infección 12, mientras que 2-desoxi-2- (18F) fluoro-D-glucosa (18 F-FDG) se utiliza comúnmente para estudios de seguimiento celular por PET 3, 13. Una desventaja importante de este trazador PET, sin embargo, es la corta vida media del radionúclido 18 F a 109,7 min y la baja estabilidad intracelular que impide de formación de imágenes en los puntos de tiempo posteriores poste de transferencia de células adoptivas. Para más largo plazo en los estudios de seguimiento de células in vivo por PET, aunque inestable en las células, 64 Cu-PTSM se utiliza con frecuencia para etiquetar de manera no específica las células 14, 15 con efectos perjudiciales minimizadas en la viabilidad de las células T y la función 16.
Este protocolo describe un método para reducir aún más efectos desventajosos sobre la viabilidad celular y la función utilizando un receptor de células T (TCR) mAb radiomarcado específico de. En primer lugar, la producción del radioisótopo 64 Cu, la conjugación del mAb KJ1-26 con ésimoe quelante DOTA, y la posterior 64 Cu-radiomarcaje se muestran. En una segunda etapa, el aislamiento y la expansión de las células cova-TH1 de ratones donantes DO11.10 y el radiomarcado con 64 cargado-Cu DOTA-conjugado mAb KJ1-26 (64 Cu-DOTA-KJ1-26) se describen en detalle. La evaluación de los valores de captación y de flujo de salida de la radiactividad con un calibrador de dosis y por gamma-conteo, respectivamente, así como la evaluación de los efectos de 64 Cu-radiomarcaje sobre la viabilidad celular por exclusión de azul de tripano y la funcionalidad con se presentan IFN-gamma ELISA . Para no invasivo en el seguimiento de células in vivo, se describen la obtención de un modelo de ratón de inducida por COVA vías respiratorias aguda DTHR y Adquisición de imágenes por PET / CT después de la transferencia celular adoptiva.
Además, este enfoque de etiquetado puede ser transferido a diferentes modelos de enfermedad, las células T murinas con diferentes TCR o células generales de interés con los receptores unidos a la membrana o mar expresiónkers subyacente membrana continua shuttling 17.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo presenta un método fiable y fácil de marcar radiactivamente de forma estable células para el seguimiento in vivo mediante PET. Utilizando este método, las células cova-TH1, aislado y ampliado in vitro de ratones donantes, podría ser radiomarcados con 64 Cu-DOTA-KJ1-26-mAb y su homing fue rastreado a la LNS pulmonares y peritímica como lugares de presentación COVA en una COVA inducida DTHR vías respiratorias aguda.
La modificación del mAb …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen a la doctora Julia Mannheim, Walter Ehrlichmann, Ramona Stumm, Funda Cay, Daniel Bukala, Maren Harant, así como Natalie Altmeyer por el apoyo durante los experimentos y análisis de datos. Este trabajo fue apoyado por el Werner Siemens-Fundación, la DFG a través de la SFB685 (B6 proyecto) y la fortuna (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 |
Riferimenti
- 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).
