Murine Chimeric Antigen Receptor (CAR)-T cell의 효율적인 생성
Summary
이 프로토콜은 레트로바이러스 벡터 생산과 쥐 T 세포 transduction을 간소화하여 마우스 CAR-T 세포의 효율적인 생성을 촉진합니다.
Abstract
키메라 항원 수용체(CAR)-T 세포를 활용한 조작된 세포 치료제는 혈액 악성 종양 환자에게 놀라운 효과를 보였으며 현재 다양한 고형 종양 치료를 위한 개발이 진행 중입니다. 지금까지 새로운 CAR-T 세포 산물의 예비 평가는 주로 면역 결핍 마우스를 사용한 이종 이식 종양 모델에서 이루어졌습니다. 이 접근법은 실험 환경에서 인간 CAR-T 세포의 성공적인 생착을 촉진하기 위해 선택되었습니다. 그러나 종양과 CAR-T 세포가 동일한 마우스 균주에서 파생된 합성 마우스 모델을 사용하면 기능적 면역 체계 및 포괄적인 종양 미세환경(TME)의 맥락에서 새로운 CAR 기술을 평가할 수 있습니다. 여기에 설명된 프로토콜은 레트로바이러스 형질도입 및 체외 T 세포 배양을 위한 표준화된 방법을 제시하여 마우스 CAR-T 세포 생성 과정을 간소화하는 것을 목표로 합니다. 이 프로토콜에 설명된 방법은 면역 능력 시스템에서 새로운 CAR 기술의 일상적인 평가를 가능하게 하기 위해 이 연구에서 사용된 것 이외의 다른 CAR 구조에도 적용할 수 있습니다.
Introduction
키메라 항원 수용체(CAR)를 발현하는 입양 T 세포 치료제는 적응 면역 체계의 힘을 활용하여 항원 양성 암세포를 특이적으로 표적으로 삼고 제거함으로써 암 면역 요법 분야에 혁명을 일으켰습니다1. B세포 악성종양을 표적으로 하는 CAR-T 세포 치료제의 성공은 임상적으로 검증되었지만, 동물 모델에서 수행된 전임상 연구는 고형 종양을 표적으로 하는 새로운 CAR의 개발에 여전히 중요합니다. 그러나 지금까지 고형 종양 적응증에서 제한적인 임상적 효능이 입증되었으며, 개별 전임상 모델이 살아있는 의약품의 약력학 및 임상적 효능을 정확하게 예측하지 못한다는 것이 점점 더 분명해지고 있습니다 2,3. 따라서 연구자들은 CAR-T 세포 제품의 전임상 연구를 확대하여 인간 및 쥐 암의 이종이식 및 합성 유전자 모델에서 각각 병행 평가를 포함하기 시작했습니다.
인간 종양과 T 세포를 면역 결핍 마우스에 생착하는 이종이식 모델과 달리, 합성 유전자 모델은 기능적 면역 체계의 맥락에서 CAR-T 세포 반응을 검사할 수 있습니다. 특히, 합성 종양을 보유한 면역 유능한 마우스는 종양 미세환경(TME)에서 T 세포 기능을 억제하는 것으로 알려진 종양 관련 대식세포(TAM) 및 조절 T 세포(Tregs)를 포함하여 입양 전이된 T 세포와 맥락 특이적 환경 간의 상호 작용을 연구할 수 있는 시스템을 제공합니다.4,5,6. 또한, 합성유전자 모델은 사이토카인 방출 증후군(cytokine release syndrome)을 포함한 추가 독성을 유발할 수 있는 숙주 인자와의 표적 독성, 종양 외 독성 및 CAR-T 세포 상호작용을 평가할 수 있는 추가 플랫폼을 제공한다7.
이러한 장점에도 불구하고 합성유전자 CAR-T 세포 연구의 수는 여전히 제한적입니다. 특히, syngeneic 모델은 동일한 마우스 균주에서 CAR-T 세포의 자가 엔지니어링을 필요로 하므로 효율적인 쥐 T 세포 transduction 및 ex vivo 확장을 위한 방법론이 부족하기 때문에 추가적인 문제가 발생합니다 2,8. 이 프로토콜은 레트로바이러스 벡터 생산과 최적화된 T 세포 transduction을 통해 안정적인 CAR 발현을 달성하는 방법을 설명합니다. 전체 공정의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 이 접근법을 사용하면 쥐 CAR-T 세포의 효율적인 레트로바이러스 transduction과 초원심분리를 통해 바이러스 농도 없이 높은 CAR 발현을 달성할 수 있습니다. CAR 구조체의 항원 특이성을 변화시키기 위한 전략은 추가적인 전이유전자의 동시 발현과 함께 논의된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜은 생체 내 연구를 위한 CAR-T 세포를 생성하기 위해 쥐 T 세포의 레트로바이러스 형질도입에 필요한 단계와 시약을 설명합니다. 레트로바이러스 형질도입 조건을 최적화하면 초원심분리 또는 추가 시약을 통해 바이러스 농도를 높일 필요 없이 강력한 CAR 발현을 달성할 수 있습니다. 그러나 이 방법론에 적용할 수 있는 여러 수정 사항이 있습니다.
이 프로토?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
원고를 비판적으로 검토해 준 L. Brockmann에게 감사를 표합니다. 이 연구는 NIH 1R01EB030352 및 UL1 TR001873의 지원을 받았습니다.
Materials
| 0.45 μm filters | MilliporeSigma | SLHVR33RS | |
| 1 mL syringe | Fisher Scientific | 14-955-450 | |
| 1.5 mL microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 05-408-135 | |
| 10 mL syringe | BD | 14-823-16E | |
| 100 μm strainer | Corning | 07-201-432 | |
| 15 cm TC treated cell culture dishes | ThermoFisher Scientific | 130183 | |
| 15 mL conical tubes | Falcon | 14-959-70C | |
| 40 μm strainer | Corning | 07-201-430 | |
| 50 mL conical tubes | Falcon | 14-959-49A | |
| 70 μm strainer | Corning | 07-201-431 | |
| Attune NxT Flow Cytometer | ThermoFisher Scientific | ||
| BALB/C, 6-8 week old | Jackson Laboratory | 651 | |
| B-Mercaptoethanol | Gibco | 21985023 | |
| Bovine Serum Albumin | GOLDBIO | A-420-500 | |
| DMEM Medium | Gibco | 11965092 | |
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (PBS), without Calcium and Magnesium | Gibco | 14-190-250 | |
| DynaMag-2 Magnet | Invitrogen | 12-321-D | |
| EasySep Magnet | Stemcell Technologies | 18000 | |
| EasySep Mouse T cell Isolation Kit | Stemcell Technologies | 19851 | |
| FACS buffer | BD | BDB554657 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | Corning | MT35011CV | |
| GlutaMAX | Gibco | 35-050-061 | |
| G-Rex6 | Wilson Wolf | 80240M | |
| HEPES Buffer Solution | Gibco | 15-630-080 | |
| Human recombinant IL-15 | Miltenyi Biotec | 130-095-765 | |
| Human recombinant IL-2 | Miltenyi Biotec | 130-097-748 | |
| Human recombinant IL-7 | Miltenyi Biotec | 130-095-363 | |
| Lipofectamine 3000 | Invitrogen | L3000008 | |
| MEM Non-Essential Amino Acids Solution | Gibco | 11140-050 | |
| Mouse Anti-CD3 BV421 | Biolegend | 100228 | |
| Mouse Anti-CD3/CD28 Dynabeads | Gibco | 11-453-D | |
| Mouse Anti-CD4 BV605 | BD | 563151 | |
| Mouse Anti-CD44 APC | Biolegend | 103011 | |
| Mouse Anti-CD62L PE-Cy7 | Tonbo | SKU 60-0621-U025 | |
| Mouse Anti-CD8 APC-Cy7 | Tonbo | SKU 25-0081-U025 | |
| Nikon Ti2 with Prime 95B camera | Nikon | ||
| Non-treated 24 well plates | CytoOne | CC7672-7524 | |
| Opti-MEM | Gibco | 31-985-062 | |
| pCL-Eco | Addgene | #12371 | |
| Penicillin/Streptomycin Solution | Gibco | 15-070-063 | |
| Phoenix Eco cells | ATCC | CRL-3214 | |
| pMDG.2 | Addgene | #12259 | |
| pMSCV_PGK_GFP28z | N/A | Produced by R.LV. | |
| Purified sfGFP | N/A | Produced by R.LV. | |
| RetroNectin ('transduction reagent') | Takara Bio | T100B | |
| RPMI 1640 | Gibco | 21875 | |
| Serological pipette 10 mL | Fisher Scientific | 13-678-11E | |
| Serological pipette 25 mL | Fisher Scientific | 13-678-11 | |
| Serological pipette 5 mL | Fisher Scientific | 13-678-11D | |
| Sodium Pyruvate | Gibco | 11-360-070 | |
| TC-treated 24 well plates | Corning | 08-772-1 | |
| Trypan blue | Gibco | 15-250-061 |
References
- June, C. H., Sadelain, M. Chimeric antigen receptor therapy. N Engl J Med. 379 (1), 64-73 (2018).
- Duncan, B. B., Dunbar, C. E., Ishii, K. Applying a clinical lens to animal models of car-t cell therapies. Mol Ther Methods Clin Dev. 27, 17-31 (2022).
- Hou, A. J., Chen, L. C., Chen, Y. Y. Navigating CAR-T cells through the solid-tumour microenvironment. Nat Rev Drug Discov. 20 (7), 531-550 (2021).
- Campesato, L. F., et al. Blockade of the ahr restricts a treg-macrophage suppressive axis induced by l-kynurenine. Nat Commun. 11 (1), 4011 (2020).
- Kaneda, M. M., et al. Pi3kgamma is a molecular switch that controls immune suppression. Nature. 539 (7629), 437-442 (2016).
- Hyrenius-Wittsten, A., Roybal, K. T. Paving new roads for cars. Trends Cancer. 5 (10), 583-592 (2019).
- Giavridis, T., et al. CAR T cell-induced cytokine release syndrome is mediated by macrophages and abated by il-1 blockade. Nat Med. 24 (6), 731-738 (2018).
- Lanitis, E., et al. Optimized gene engineering of murine CAR-T cells reveals the beneficial effects of il-15 coexpression. J Exp Med. 218 (2), e20192203 (2021).
- Lambeth, C. R., White, L. J., Johnston, R. E., De Silva, A. M. Flow cytometry-based assay for titrating dengue virus. J Clin Microbiol. 43 (7), 3267-3272 (2005).
- Agarwal, S., Wellhausen, N., Levine, B. L., June, C. H. Production of human crispr-engineered CAR-T cells. J Vis Exp. 169, e62299 (2021).
- JoVE Science Education Database. Lab Animal Research. Sterile Tissue Harvest. , (2023).
- Giordano-Attianese, G., et al. A computationally designed chimeric antigen receptor provides a small-molecule safety switch for t-cell therapy. Nat Biotechnol. 38 (4), 426-432 (2020).
- Kuhn, N. F., et al. Cd40 ligand-modified chimeric antigen receptor T cells enhance antitumor function by eliciting an endogenous antitumor response. Cancer Cell. 35 (3), 473-488.e6 (2019).
- Jin, C., Ma, J., Ramachandran, M., Yu, D., Essand, M. CAR T cells expressing a bacterial virulence factor trigger potent bystander antitumour responses in solid cancers. Nat Biomed Eng. 6 (7), 830-841 (2022).
- Kurachi, M., et al. Optimized retroviral transduction of mouse T cells for in vivo assessment of gene function. Nat Protoc. 12 (9), 1980-1998 (2017).
- Jafarzadeh, L., Masoumi, E., Fallah-Mehrjardi, K., Mirzaei, H. R., Hadjati, J. Prolonged persistence of chimeric antigen receptor (CAR) T cell in adoptive cancer immunotherapy: Challenges and ways forward. Front Immunol. 11, 702 (2020).
- Elkassar, N., Gress, R. E. An overview of IL-7 biology and its use in immunotherapy. J Immunotoxicol. 7 (1), 1-7 (2010).
- Osinalde, N., et al. Simultaneous dissection and comparison of IL-2 and IL-15 signaling pathways by global quantitative phosphoproteomics. Proteomics. 15 (2-3), 520-531 (2015).
- Eremenko, E., et al. An optimized protocol for the retroviral transduction of mouse CD4 T cells. STAR Protoc. 2 (3), 100719 (2021).
- Lewis, M. D., et al. A reproducible method for the expansion of mouse CD8+ T lymphocytes. J Immunol Methods. 417, 134-138 (2015).
