تصنيع متباين مستضد الاصطناعية البوليمر عرض خلايا CD8 + تي خلية التنشيط
Summary
نقدم هنا، بروتوكول بسرعة وتكاثر توليد مستضد أرتيسيفيكال القابلة للتحلل بيولوجيا من وحي، وعرض الخلايا (آبك) مع الانضباطي الحجم والشكل والعرض التقديمي البروتين السطحي للخلية T التوسع السابقين فيفو أو الحية .
Abstract
مستضد الاصطناعي عرض الخلايا (آبك) منصة واعدة للتحوير المناعي نظراً لقدرتها القوية لتحفيز خلايا تي. ركائز اللاخلوي توفر مزايا رئيسية على aAPC يستند إلى الخلية، بما في ذلك مراقبة دقيقة لمعلمات عرض الإشارات والخصائص الفيزيائية لسطح آبك تعدل تفاعلاته مع خلايا تي. آبك مصنوع من جسيمات متباين، جسيمات ارتفاعات خاصة، قد ثبت أن يكون أكثر فعالية من نظرائهم كروية في تحفيز خلايا تي بسبب زيادة الربط وأكبر من المساحة المتوفرة للخلية T الاتصال، كذلك كما أن انخفاض الإقبال غير محدد وتعزيز خصائص الحرائك الدوائية. وعلى الرغم من الاهتمام المتزايد بالجسيمات متباين، مقبولة على نطاق واسع حتى أساليب توليد جسيمات متباين مثل تمتد غشاء رقيق يمكن أن يكون تحديا لتنفيذ واستخدام تكاثر.
وتحقيقا لهذه الغاية، وصف بروتوكول لتصنيع سريع وموحد للتحلل aAPC المستندة إلى الجسيمات متباين مع الانضباطي الحجم، الشكل، وإشارة العرض التقديمي لخلية تي توسع السابقين فيفو أو في فيفو، جنبا إلى جنب مع أساليب تميز حجمها ومورفولوجيا، والبروتين السطحي المحتوى، وتقييم الوظائف الخاصة بهم. هذا النهج إلى اختﻻق aAPC متباين للتحجيم واستنساخه، مما يجعله مثاليا لتوليد آبك إيمونوثيرابيس “الجاهزة للاستخدام”.
Introduction
مستضد الاصطناعي عرض الخلايا (آبك) أظهرت الوعد كوكلاء immunomodulatory نظراً لأنها يمكن أن تولد استجابة قوية محددة مستضد T خلية. الأساسية لهذه الأنظمة الأساسية هي قدرتها على كفاءة تقديم إشارات حاسمة لتنشيط الخلية T. AAPC اللاخلوي بديل جذاب ليستند إلى الخلية آبك لأنها أسهل وأقل تكلفة اختﻻق وتواجه تحديات أقل أثناء الصعود والترجمة، والتخفيف من المخاطر المرتبطة بالعلاجات المستندة إلى الخلية. AAPC اللاخلوي تسمح أيضا بدرجة عالية من السيطرة على إشارة عرض المعلمات والخصائص الفيزيائية للسطح التي سوف تتفاعل مع خلايا تي1.
يجب أن الخص آبك على الأقل ضرورية لتنشيط الخلية تي إشارتين. إشارة 1 يوفر الاعتراف مستضد ويحدث عندما تسلم مستقبلات خلية تي (تكر) ويشترك مع فئة MHC I أو II تحمل مستضد المشابهة لها، بلغت ذروتها في إشارة عن طريق تكر المعقدة. لتجاوز شرط التحديد مستضد، نظم aAPC غالباً ما تتحمل جسم [مونوكلونل] ناهضة ضد مستقبلات CD3، الذي يحفز المجمع تكر نونسبيسيفيكالي. المؤتلف أشكال MHC، لا سيما مولتيميرس MHC، استخدمت أيضا على سطح آبك لتوفير خصوصية مستضد2،3. هو إشارة 2 إشارة كوستيمولاتوري أن يوجه نشاط الخلايا T. توفير كوستيموليشن اللازمة لتنشيط الخلية T، هو حفز مستقبلات CD28 عموما مع جسم ناهضة عرضت على السطح آبك، على الرغم من أن مستقبلات كوستيمولاتوري أخرى مثل 4-1BB كانت مستهدفة بنجاح4. يتم عادة المعطل تداولها البروتينات إشارة 1 و 2 على سطح جسيمات صلبة توليف آبك. تاريخيا، وقد كانت ملفقة aAPC من مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك البوليستيرين4،5 والحديد ديكستران6. استخدام أحدث أنظمة البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي مثل بولي (حمض اللبن-co-الجليكوليك) (بلجا) لتوليد آبك التي يمكن بسهولة إضافة إلى إشارة البروتينات وهي مناسبة للإدارة المباشرة في فيفو، ويمكن تسهيل الإفراج عن المطرد تغليف السيتوكينات أو العوامل القابلة للذوبان لزيادة تنشيط الخلية تي7،8.
بالإضافة إلى وجود بروتينات الإشارات الضرورية، مشاركة مستقبلات على مساحة كبيرة بما فيه الكفاية خلال التفاعل خلية آبك/T ضروري لتنشيط الخلية T. وهكذا، البارامترات الفيزيائية ل aAPC مثل الحجم والشكل جذريا يغير مجال الاتصال المتاحة ويؤثر على قدرتها على حفز خلايا تي. أظهرت aAPC ميكرون الحجم لتكون أكثر فعالية في تحفيز خلايا تي من9،النظراء النانو على10. ومع ذلك، يمكن أن يكون نانو-آبك بيوديستريبوشن متفوقة وأفضل الصرف إلى الغدد الليمفاوية التي يمكن أن تعزز بها الأداء في فيفو أكثر من الصغرى-آبك11. الشكل متغير آخر للفائدة في النظم المستندة إلى الجسيمات آبك. مؤخرا أظهرت aAPC متباين يكون أكثر فعالية من الجسيمات الخواص في تحفيز خلايا تي، يرجع ذلك أساسا إلى تعزيز التفاعل مع الخلايا الهدف مقترنا مع الخلية غير محددة انخفاض الإقبال. ربط خلايا تفضيلي المحور الطويل للجسيمات ارتفاعات، وأكبر نصف قطر انحناء سطح تملق والسماح لمزيد من الاتصال بين أعبك وخلية T12. كما يثبط المحور الطويل للجسيمات ارتفاعات البلعمه، أسفر عن وقت التداول زيادة مقارنة بجسيمات كروية بعد في فيفو الإدارة12،13. وبسبب هذه المزايا، التوسط الجسيمات ارتفاعات أكبر توسع محددة مستضد تي الخلايا في المختبر و في فيفو مقارنة بجسيمات كروية، لاحظ تأثير في الجزئي ونانوسكاليس12، 13. وهناك استراتيجيات مختلفة لاختلاق الجسيمات متباين، ولكن تمتد غشاء رقيق أسلوب بسيط ومقبول على نطاق واسع تستخدم لتوليد مجموعة من الجسيمات المتنوعة الأشكال14. بعد التوليف، ويلقي في الأفلام الجسيمات وامتدت في أبعاد واحد أو اثنين في درجة حرارة فوق درجة حرارة التحول الزجاجي للمواد الجسيمات. ثم يتم حل الفيلم لاسترداد الجسيمات. وعلى الرغم من تزايد الاهتمام في جزيئات متباين، النهج الحالي لتصنيع آبك على أساس الجسيمات في معظمها تقتصر على نظم الخواص، وأساليب تغيير الشكل الجسيمات يمكن أن تكون صعبة التنفيذ، غير متوافقة مع بعض التوليف aAPC استراتيجيات، والافتقار إلى الدقة وإمكانية تكرار نتائج15. لدينا تقنية تمتد من غشاء رقيق يمكن تنفيذها يدوياً أو بطريقة إليه لسرعة توليد متباين الجزيئات توليفها من مجموعة متنوعة من البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي، امتدت إلى نسبة العرض إلى الارتفاع المطلوب في واحد أو اثنين من أبعاد15.
يستند عملنا السابق، قمنا بتطوير نهج قائم على الجسيمات القابلة للتحلل الحيوي جنبا إلى جنب مع تقنية تمتد غشاء رقيق تحجيم سرعة توليد aAPC مع الانضباطي الحجم والشكل بطريقة موحدة للخلية T التوسع السابقين فيفو أو في فيفو. يمكن استخدام استراتيجيتنا تصريف البروتين لزوجين protein(s) أي اهتمام لمجموعات الكربوكسيل على سطح الجسيمات في كثافة المرجوة، يعطي هذا النظام آبك بدرجة عالية من المرونة. كما يصف لنا طرق لوصف حجم ومورفولوجيا، والمحتوى من آبك سطح البروتين، وتقييم تلك الوظائف في المختبر. هذا البروتوكول يمكن تكييفها بسهولة لتوسيع نطاق الخلايا المناعية السابقين فيفو أو في فيفو لمجموعة متنوعة من التطبيقات إيمونوثيرابيوتيك.
Protocol
Representative Results
Discussion
تفاصيل هذا البروتوكول وسيلة مرنة لتوليد جزيئات البوليمر متباين دقيقة. رقيقة تمتد التقنية المذكورة هنا قابلة للتطوير وعالية استنساخه وغير مكلفة. تقنيات بديلة لتوليد جزيئات متباين يعاني من قيود كثيرة، بما في ذلك تكلفة عالية ومنخفضة الإنتاجية، وحجم الجسيمات محدودة. رقيقة تمتد النهج هو أيض?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ما عدا (DGE-1746891) وكر (DGE-1232825) شكرا برنامج “زمالة بحوث الدراسات العليا جبهة الخلاص الوطني” للدعم. ذاكرة الوصول العشوائي وذلك بفضل الوطنية البحوث جائزة المعاهد الوطنية للصحة خدمة F31 NCI (F31CA214147) و “مكافآت الإنجاز” “زمالة علماء الكلية” للدعم. يشكر المؤلفون المعاهد الوطنية للصحة (R01EB016721 و R01CA195503)، والبحوث لمنع العمى جيمس وجائزة محفز حرة كارول، ومعهد “السرطان العلاج المناعي” لدعم بلومبرغ-كيميل الرهبان.
Materials
| Poly(vinyl alcohol), MW 25000, 88% hydrolyzed | Polysciences, Inc. | 02975-500 | |
| Glycerol | Sigma-Aldrich | G9012 | |
| Digital Thermometer | Fluke | N/A | Model name: Fluke 52 II |
| Immersion Temperature Probe | Fluke | N/A | Model name: Fluke 80PK 22 |
| Digital Hotplate & Stirrer | Benchmark Scientific | H3760-HS | |
| Multipoint stirrer | Thermo Fisher Scientific | 50093538 | |
| Resomer RG 504 H, Poly(D,L-lactide-co-glycolide) | Sigma-Aldrich | 719900 | |
| Dichloromethane | Sigma-Aldrich | D65100 | |
| Homogenizer | IKA | 0003725001 | |
| Sonicator | Sonics & Materials, Inc. | N/A | Model number: VC 505 |
| Sonicator sound abating enclosure | Sonics & Materials, Inc. | N/A | Part number: 630-0427 |
| Sonicator probe | Sonics & Materials, Inc. | N/A | Part number: 630-0220 |
| Sonicator microtip | Sonics & Materials, Inc. | N/A | Part number: 630-0423 |
| High speed centrifuge | Beckman Coulter | N/A | Model number: J-20XP (discontinued), alternative model: J-26XP |
| High speed centrifuge rotor | Beckman Coulter | 369691 | Model number: JA-17 |
| High speed polycarbonate centrifuge tubes | Thermo Fisher Scientific | 3118-0050 | 50 mL, screw cap |
| Rectangular disposable petri dish | VWR International | 25384-322 | 75 x 50 x 10 mm |
| Square disposable petri dish | VWR International | 10799-140 | 100 mm x 100 mm |
| LEAF Purified anti-mouse CD3ε Antibody | Biolegend | 100314 | |
| InVivoMab anti-mouse CD28, clone 37.51 | Bio X Cell | BE0015-1 | |
| N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride | Sigma-Aldrich | E6383 | |
| N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt | Sigma-Aldrich | 56485 | |
| MES | Sigma-Aldrich | M3671 | |
| Alexa Fluor 488 anti-mouse CD3 Antibody | Biolegend | 100212 | |
| APC anti-mouse CD28 Antibody | Biolegend | 102109 | |
| Corning 96 Well Solid Polystyrene Microplate | Sigma-Aldrich | CLS3915 | flat bottom, black polystyrene |
| Protein LoBind Tubes, 1.5 mL | Eppendorf | 22431081 | |
| RPMI 1640 Medium (+ L-Glutamine) | ThermoFisher Scientific | 11875093 | |
| Fetal Bovine Serum | Sigma-Aldrich | F4135 | Heat Inactivated, sterile-filtered |
| Ciprofloxacin | Sigma-Aldrich | 17850 | |
| 2-Mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M6250 | |
| Recombinant Human IL-2 (carrier-free) | Biolegend | 589102 | |
| Sodium Pyruvate (100 mM) | ThermoFisher Scientific | 11360070 | |
| MEM Non-Essential Amino Acids Solution (100X) | ThermoFisher Scientific | 11140050 | |
| MEM Vitamin Solution (100X) | ThermoFisher Scientific | 11120052 | |
| CD8a+ T Cell Isolation Kit, mouse | Miltenyi Biotech | 130-104-075 | |
| CellTrace CFSE Cell Proliferation Kit | ThermoFisher Scientific | C34554 | |
| LS Columns | Miltenyi Biotech | 130-042-401 | |
| MidiMACS Separator | Miltenyi Biotech | 130-042-302 | |
| MACS Multistand | Miltenyi Biotech | 130-042-303 | |
| Flow Cytometer | Accuri C6 | ||
| Synergy 2 Multi-Detection Microplate Reader | BioTek | ||
| autoMACS Running Buffer | Miltenyi BIotech | 130-091-221 | |
| Cell Strainer | ThermoFisher Scientific | 22363548 | Sterile, 70 µm nylon mesh |
| ACK Lysing Buffer | ThermoFisher Scientific | A1049201 | |
| C57BL/6J (Black 6) Mouse | The Jackson Laboratory | 000664 | Male, at least 7 weeks old |
| U-Bottom Tissue Culture Plates | VWR | 353227 | Sterile, 96-well tissue culture treated polystyrene plates |
| 40 V DC Power Supply | Probotix | LPSK-4010 | |
| PTFE Coated Wire | Mouser | 602-5858-100-01 | This is for a 100 ft. spool but an equivalent wire will work |
| Stepper Motor Driver | Probotix | MondoStep5.6 | |
| IDC Connector Kit | Probotix | IDCM-10-12 | |
| Microcontroller | Probotix | PBX-RF | |
| 4A Fuses | Radio Shack | 2701026 | Equivalent fuses will work as well |
| DB25 Male to Male Cable | Probotix | DB25-6 | |
| USB-A to USB-B Cable | Staples | 2094915 | Equivalent cable will work as well |
| 8-Pin Amphenol Connectors Male and Female | Mouser | 654-97-3100A-20-7P and 654-97-3106A20-7S | |
| Stepper Motor | Probotix | HT23-420-8 | |
| Right Hand Lead Screw | Roton | 60722 | |
| Left Hand Lead Screw | Roton | 60723 | |
| Screws | McMaster Carr | 92196A151 | |
| Neoprene Rubber | McMaster Carr | 8698K51 | |
| Right Handed Flanged Lead Nut | Roton | 91962 | |
| Left Handed Flanged Lead Nut | Roton | 91963 | |
| Linux Control Computer | Probotix | LCNC-PC | Any computer with matching specification and Linux operating system will work |
| Corning bottle-top vacuum filter system | Sigma-Aldrich | CLS431097 | |
| Trypan Blue Solution, 0.4 % | ThermoFisher Scientific | 15250061 |
References
- Eggermont, L. J., Paulis, L. E., Tel, J., Figdor, C. G. Towards efficient cancer immunotherapy: Advances in developing artificial antigen-presenting cells. Trends in Biotechnology. 32 (9), 456-465 (2014).
- Maus, M. V., Riley, J. L., Kwok, W. W., Nepom, G. T., June, C. H. HLA tetramer-based artificial antigen-presenting cells for stimulation of CD4+ T cells. Clinical Immunology. 106 (1), 16-22 (2003).
- Oelke, M., et al. Ex vivo induction and expansion of antigen-specific cytotoxic T cells by HLA-Ig-coated artificial antigen-presenting cells. Nature Medicine. 9 (5), 619-624 (2003).
- Rudolf, D., et al. Potent costimulation of human CD8 T cells by anti-4-1BB and anti-CD28 on synthetic artificial antigen presenting cells. Cancer Immunology, Immunotherapy. 57 (2), 175-183 (2008).
- Tham, E. L., Jensen, P. L., Mescher, M. F. Activation of antigen-specific T cells by artificial cell constructs having immobilized multimeric peptide-class I complexes and recombinant B7-Fc proteins. Journal of Immunological Methods. 249 (1-2), 111-119 (2001).
- Perica, K., et al. Magnetic field-induced T cell receptor clustering by nanoparticles enhances T cell activation and stimulates antitumor activity. ACS Nano. 8 (3), 2252-2260 (2014).
- Steenblock, E. R., Fadel, T., Labowsky, M., Pober, J. S., Fahmy, T. M. An artificial antigen-presenting cell with paracrine delivery of IL-2 impacts the magnitude and direction of the T cell response. The Journal of Biological Chemistry. 286 (40), 34883-34892 (2011).
- Zhang, L., et al. Paracrine release of IL-2 and anti-CTLA-4 enhances the ability of artificial polymer antigen-presenting cells to expand antigen-specific T cells and inhibit tumor growth in a mouse model. Cancer Immunology, Immunotherapy. 66 (9), 1229-1241 (2017).
- Mescher, M. F. Surface contact requirements for activation of cytotoxic T lymphocytes. The Journal of Immunology. 149 (7), 2402-2405 (1992).
- Steenblock, E. R., Fahmy, T. M. A comprehensive platform for ex vivo T-cell expansion based on biodegradable polymeric artificial antigen-presenting cells. Molecular Therapy. 16 (4), 765-772 (2008).
- Fifis, T., et al. Size-dependent immunogenicity: therapeutic and protective properties of nano-vaccines against tumors. The Journal of Immunology. 173 (5), 3148-3154 (2004).
- Sunshine, J. C., Perica, K., Schneck, J. P., Green, J. J. Particle shape dependence of CD8+ T cell activation by artificial antigen presenting cells. Biomaterials. 35 (1), 269-277 (2014).
- Meyer, R. A., et al. Biodegradable nanoellipsoidal artificial antigen presenting cells for antigen specific T-cell activation. Small. 11 (13), 1519-1525 (2015).
- Champion, J. A., Katare, Y. K., Mitragotri, S. Particle shape: a new design parameter for micro- and nanoscale drug delivery carriers. Journal of Controlled Release. 121 (1-2), 3-9 (2007).
- Meyer, R. A., Meyer, R. S., Green, J. J. An automated multidimensional thin film stretching device for the generation of anisotropic polymeric micro- and nanoparticles. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 103 (8), 2747-2757 (2015).
- Ho, C. C., Keller, A., Odell, J. A., Ottewill, R. H. Preparation of monodisperse ellipsoidal polystyrene particles. Colloid and Polymer Science. 271 (5), 469-479 (1993).
- Shum, H. C., et al. Droplet microfluidics for fabrication of non-spherical particles. Macromolecular Rapid Communications. 31 (2), 108-118 (2010).
- Lan, W., Li, S., Xu, J., Luo, G. Controllable preparation of nanoparticle-coated chitosan microspheres in a co-axial microfluidic device. Lab on a Chip. 11 (4), 652-657 (2011).
- Yang, S., et al. Microfluidic synthesis of multifunctional Janus particles for biomedical applications. Lab on a Chip. 12 (12), 2097-2102 (2012).
- Zhou, Z., Anselmo, A. C., Mitragotri, S. Synthesis of protein-based, rod-shaped particles from spherical templates using layer-by-layer assembly. Advanced Materials. 25 (19), 2723-2727 (2013).
- Jang, S. G., et al. Striped, ellipsoidal particles by controlled assembly of diblock copolymers. Journal of the American Chemical Society. 135 (17), 6649-6657 (2013).
- Petzetakis, N., Dove, A. P., O’Reilly, R. K. Cylindrical micelles from the living crystallization-driven self-assembly of poly(lactide)-containing block copolymers. Chemical Science. 2 (5), 955-960 (2011).
- Rolland, J. P., et al. Direct fabrication and harvesting of monodisperse, shape-specific nanobiomaterials. Journal of the American Chemical Society. 127 (28), 10096-10100 (2005).
- Meyer, R. A., et al. Anisotropic biodegradable lipid coated particles for spatially dynamic protein presentation. Acta Biomaterialia. 72, 228-238 (2018).
