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El objetivo de este estudio fue elaborar tecnologías que permiten la transducción génica exitosa en natural killer (NK) las células primarias. La transducción lentivirales dextrano-mediada de humanos o resultados primarios de las células NK del ratón en una mayor eficiencia de expresión génica. Este método de transducción génica mejorará enormemente la manipulación genética de la célula NK.
El transduction eficiente de genes específicos en células de naturales del asesinos (NK) ha sido un gran reto. Transducciones éxito son fundamentales para definir el papel del gen de interés en el desarrollo, diferenciación y función de las células NK. Los avances recientes relacionados con receptores de antígeno quimérico (coches) en inmunoterapia del cáncer acentúan la necesidad de un método eficiente entregar genes exógenos a los linfocitos effector. Las eficiencias de transducciones de lentivirales mediada por el gen en humanos primarios o células de NK de ratón siguen siendo considerablemente bajas, que es un factor limitante. Avances recientes usando polímeros catiónicos, como el polibreno, muestran una eficacia de transducción genética mejorada en células de T. Sin embargo, estos productos no pudo mejorar la eficiencia de la transducción de las células NK. Este trabajo muestra dextrano, un polisacárido ramificado glucan, mejora significativamente la eficiencia de la transducción de humano y ratón primaria NK. Esta metodología altamente reproducible de la transducción de señales proporciona una herramienta competente para transducing humano primario las células NK, que pueden mejorar enormemente gene clínica entrega aplicaciones y así inmunoterapia de cáncer basadas en células NK.
Natural killer (NK) células son la población linfocítica importante del sistema inmune innato1. Las células NK funcionan como los defensores de primera línea de la respuesta inmune del huésped contra tumores e infecciones2,3,4. Las células NK también juegan un papel central en el desarrollo de la tolerancia a través de la secreción de potentes citoquinas y quimiocinas5. Debido a su potente capacidad de apuntar y eliminar las células tumorales, se están realizando varios ensayos clínicos para evaluar células NK humanas derivados de donantes como una inmunoterapia adoptiva para cáncer6,7. En contraste con las células T, la biología del desarrollo de las células NK aún tiene que ser bien caracterizado8. Esta falta de conocimiento es parcialmente debido a la ausencia de técnicas eficientes que entregan los genes de interés a ratón o humano primarias células NK. Por estas razones, se han realizado más estudios de NK-célula en líneas celulares, en lugar de células primarias. Por lo tanto, es crucial la necesidad de un protocolo eficiente y confiable transducir las células primarias de NK con genes de interés.
El objetivo general de este estudio fue elaborar un método consistente y confiable por que podrían ser transduced primaria humanas o murinas de células NK con lenti - o retrovirus.
Se han realizado estudios anteriores que han intentado resolver este problema, utilizando en gran medida la transformación transitoria de las células NK primarias. Esto incluye el plásmido transfección9,10, Virus de Epstein - Barr (EBV) / híbrido retroviral vector11, vaccinia vectores12,13y Ad5/F35 quimérica adenoviral vectores14. A pesar de la modesta eficacia de estas técnicas, la naturaleza transitoria de la transducción de señales les hace inadecuados para la utilización a largo plazo de las células NK modificadas genéticamente. Algunos estudios recientes han utilizado vectores retrovirales para transducir las células NK, que requieren varios ciclos de infección para alcanzar un nivel aceptable de gene expresión11,15. En contraste con vectores retrovirales, vectores lentivirales pueden utilizar maquinaria de importación nuclear de célula huésped para translocan el complejo de la integración viral en el núcleo. Este es un factor limitante en la replicación del virus en las células no se dividen, que incluyen las células NK primarias.
Interacciones entre los diferentes receptores de superficie celular y partículas virales permiten la absorción viral en la célula. Los combates iniciales entre las proteínas de la envoltura vírica y sus receptores cognados host podrían ser limitados debido a las cargas negativas potenciales existentes entre estos dos. El fundamento de muchas técnicas de transducción de señales es que la adición de polímeros catiónicos, como el polibreno (Pb), sulfato de protamina (PS) o dextrán, podría dar una carga positiva de los receptores de superficie celular y aumentar así la Unión de la envoltura vírica proteínas. Esto aumentará la eficacia de la fusión y la absorción de las partículas virales de las células16. Aunque se ha reportado que la Pb o PS puede mejorar la transferencia de genes en las células de T17, su aplicación no tuvo ningún efecto en la eficiencia de la transducción de las células NK primarias. Por otra parte, no se ha realizado un análisis comparativo entre estos reactivos utilizando células NK primarias. En este estudio, se compararon la eficiencia de la transducción de los tres polímeros catiónicos. Los resultados muestran que, entre estos tres polímeros catiónicos, sólo dextrano mejora significativamente eficiente transducción viral en ratón y células NK primarias humanas.
Todos los protocolos de animales siguieron el tratamiento humano y ético de los animales y fueron aprobados por el cuidado institucional del Animal y el Comité uso (IACUC) en el centro de investigación biomédica (BRC) de la Universidad médica de Wisconsin (MCW), Milwaukee, WI. El uso de las células mononucleares de sangre periférica (PBMCs) fue aprobado por la Junta de revisión institucional (IRB) del Instituto de investigación de sangre de la sangre centro de Wisconsin, Milwaukee, WI.
1. ratones, líneas celulares y vectores
2. preparación y titulación de vectores lentivirales
3. purificación y expansión de las células NK primarias murinas
4. purificación y expansión de células NK primarias humanas
5. transducción de células NK primarias murinas y humanas con lentivirus
Dextrano induce a la transferencia génica eficiente de vectores lentivirales en primaria murinas y humanas de las células NK
Células NK humanas fueron aisladas y purificadas de PBMC (con una pureza de más del 85%) y se incubó toda la noche con U/mL de rIL-2 300. Estas células NK primarias fueron entonces transduced con lentivirus GFP en variados multiplicidades de infección (MOI; 3, 10 y 20 UI por la célula) en placas de 24 pocillos en presencia de 8 μg/mL Pb, PS o dextrano. Las células se centrifugaron a 1.000 × g durante 60 min y cultivadas (en presencia de virus de la) toda la noche a 37 ° C en un incubador de CO2 . Las células fueron lavadas y resuspendió en medio completo fresco de RPMI1640 con 300 U/mL de rIL-2 durante siete días. Se evaluó la eficacia de transducción mediante citometría de flujo para la expresión de GFP siete días después de la transducción de señales. Resultados muestran que los dextranos realza la eficacia de lentivirales de transducción en las células NK humanas y aumenta la concentración viral, que también puede mejorar el porcentaje de células NK transduced (figura 1).
Las células NK murinas fueron aisladas y cultivadas como se describe en la sección anterior. El protocolo anterior fue utilizado para analizar y comparar la eficiencia de la transducción de Pb, Ps y dextrano. Resultados en la figura 2 muestran que dextrano puede aumentar la eficacia de vectores lentivirales comparado con Pb o PS
Transducción de las células NK con dextrano no afecta su capacidad para mediar funciones efectoras
La capacidad citotóxica de células transduced de NK humanas y murinas fue examinada por 51Cr-lanzamiento ensayos contra K562 y cromosoma artificial de levadura-1 como las células diana. Resultados presentados en la figura 3a y b revelan que la transducción de las células NK por dextrano no altera negativamente el potencial de la matanza de las células NK transformadas en comparación con las células NK no-transduced. Además, se analizó la producción del cytokine de células NK primarias transduced. Generación de IFN-γ se midió usando un ELISA. Transduced humano primario las células NK fueron cultivadas conjuntamente con K562 durante 24 h, y los sobrenadantes se colectaron a medida IFN-γ. Resultados presentados en la figura 4a revelan que los dextranos no tiene impacto en la capacidad de células transduced NK para producir citoquinas. Como una validación independiente, células NK transduced fueron activadas con concentraciones valoradas de mAb anti-NKG2D de limite de placa (A10) se obtuvieron los sobrenadantes de cultivo de 18 h., y generación de IFN-γ fue medido por ELISA. Los resultados que se muestra en la Figura 4b revelan que la transducción de las células NK murinas con dextrano no tiene efecto sobre su capacidad de producir citoquinas.
Transducción de las células NK con dextrano no afecta su viabilidad celular
La influencia de Pb, PS o dextrano en la viabilidad de las células NK transduced se evaluó mediante un ensayo de (PI) el yoduro de propidio y análisis de flujo posterior. Resultados en la figura 5a y b demuestran que, aunque transducing humanos primarios y células de NK de ratón con virus puede inducir la necrosis en alrededor del 20% de las células NK, la adición de dextrano no aumentar esta necrosis comparada con Pb o PS
Análisis estadísticos se realizaron con la prueba t de dos colas no apareados de un estudiante. P -valores ≤ 0,05 se consideraron significativos.
Figura 1: Dextrán tiene una mayor eficiencia de la transducción de las células NK primarias humanas.
Las células NK humanas primarias fueron transformadas con MOI de 3, 10 o 20 IU/celular y fueron cultivadas durante siete días en presencia de Pb (8 μg/mL), PS (8 μg/mL), o dextrán (8 μg/mL). Porcentajes de las células NK de GFP-positivas se determinaron mediante citometría de flujo en día siete después de la transducción. Se muestra uno de los tres experimentos independientes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Dextrán tiene una mayor eficiencia de transducción en las células NK murinas.
Las células NK murinas primarias fueron transformadas con una MOI de 30 IU/celular y fueron cultivadas durante siete días en presencia de Pb (8 μg/mL), PS (8 μg/mL), o dextrán (8 μg/mL). Porcentajes de células expresando GFP se determinaron mediante citometría de flujo en los siete días siguientes a la transducción. Se muestra uno de los tres experimentos independientes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Dextrano no modifica la actividad citotóxica de células NK de las células transformadas.
Las células NK primarias fueron transformadas con una MOI de 10 IU/célula y fueron cultivadas durante siete días. Cromosoma artificial de levadura-1 y K562 fueron utilizados como células diana para determinar el potencial citotóxico de las células de b NK murinas y humanas, respectivamente. Los datos mostrados son representantes de dos experimentos independientes. Los datos mostrados son promedios con SEM. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Dextrano no altera la producción de IFN-γ de las células NK primarias.
a) las células NK murinas fueron transduced con una MOI de 30 UI/celular y cultivan durante siete días. Las células NK fueron estimuladas con 2.5 μg/mL de anticuerpo anti-NKG2D de limite de placa para 18 h, y IFN-γ se cuantificó en sobrenadantes de cultivo utilizando un ELISA. b) transduced células NK humanas fueron cultivadas con células K562 durante 24 h, y la producción de IFN-γ se midió en el sobrenadante de cultivo. Los datos presentados son representativos de tres experimentos independientes. Los datos mostrados son promedios con SEM. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Transducción de las células NK con dextrano no altera la viabilidad celular.
La viabilidad de humanos transformado (a) y ratón (b) NK se cuantificó después de la tinción de anexina V (PE) / las células positivas 7-AAD. Los datos mostrados son promedios con SEM. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Este estudio demuestra que el uso de dextrano como un polímero catiónico agente aumenta la eficiencia de transducción lentivirales de las células NK primarias murinas y humanas. Además, otros agentes catiónicos, como el Pb o PS, no tienen ningún efecto discernible sobre la entrega de vectores virales en las células NK primarias humanas. Previamente, se ha demostrado que Pb puede aumentar la transducción de genes en el humano de células T17. Sin embargo, estos resultados, sugieren que ni Pb ni PS tienen una eficacia similar en células NK primarias humanas. En este estudio, Pb mejoró la eficacia de transducción de señales sólo modestamente en las células NK murinas. Se ha demostrado que la inhibición de los mecanismos de defensa antivirales intracelulares utilizando BX795, un inhibidor de TBK1/IKKɛ y PS como un reforzador puede aumentar la eficacia de transducción lentivirales25. Sin embargo, los resultados mostraron que este inhibidor no tiene efecto sobre la eficacia de transducción de señales en murinas y humanas primario las células NK (datos no mostrados).
Los resultados demuestran que dextrano puede inducir el transduction eficiente de humano primario y las células NK de ratón, mientras que PS y Pb no tienen ningún efecto. Los resultados también muestran que los dextranos no alteran las funciones efectoras de las células NK, como citotoxicidad antitumoral y la producción de citoquinas proinflamatorias. Por lo tanto, estos resultados demuestran que la viabilidad de estas células NK primarias no fue alterada por el uso de dextrano.
Varios estudios analizaron y compararon la eficiencia de transducción de los vectores retrovirales utilizando diferentes polímeros catiónicos, con variados resultados26,27,28. Un anterior estudio comparó la eficacia de la transducción de estos polímeros usando vectores lentivirales; sin embargo, esto fue probado en CD4+ T de las células16. En uno de estos estudios, se ha demostrado que el Pb tiene una mejor capacidad de transducción de señales en transformado de las células B y células dendríticas en comparación con dextrano26. En otro estudio, se ha demostrado que dextrano facilita una mayor eficiencia de la transducción de señales que otros potenciadores de las células B humanas y células de T16. El presente estudio es el primero de su tipo, a nuestro conocimiento, que analizó y comparó la capacidad de transducción de señales de diferentes polímeros en las células NK primarias humanas y murinas.
Transducciones gene basados en dextrano pueden requerir un mínimo de dos rondas de transducciones. Estos resultados muestran que una ronda de transducción de señales es suficiente para llegar hasta un 40% de células transduced positivamente, que se incrementa hasta 100% siguientes dos rondas de transducción de señales (datos no mostrados). Uno de los retos más importantes en la transducción de las células NK es la capacidad de estas células para preservar la expresión del gen transduced. Los resultados actuales demuestran que la transducción de las células NK primarias con dextrano es estable y que las células NK que se cultivan en presencia de IL-2 pueden mantener el vector y mantener la expresión del transgen durante cuatro semanas (datos no mostrados). Experimentos adicionales se requieren para analizar la eficiencia de la transducción de señales y para examinar la expresión simultánea de múltiples transgenes.
La eficacia clínica de tratamientos contra el cáncer basadas en células inmunes está siendo validada por múltiples instituciones. Las células de T automóvil-transduced proporcionan renovada promesa de recuperación libre de la enfermedad y la recaída de pacientes con cáncer en comparación con tratamientos convencionales. Como parte de la respuesta inmune innata, las células NK no requieren sensibilización previa para mediar sus funciones efectoras, incluyendo la citotoxicidad antitumoral. Debido a su rápida respuesta, las células NK son un subconjunto de linfocitos efectores ideal para mediar una inmunoterapia de cáncer celular eficiente. A pesar de sus atributos positivos en el reconocimiento del tumor y la eliminación, los obstáculos técnicos con respecto a la manipulación genética para entregar los transgenes limitan la más completa utilización clínica de las células NK.
Electroporación de mRNA para la expresión de genes exógenos es altamente eficiente y tiene mejores resultados. Sin embargo, utilidad de mRNA es limitada, ya que permiten sólo la expresión transitoria de genes de interés y así no son adecuados para aplicaciones clínicas. La transducción retroviral de las células NK es menos eficiente ya que requiere múltiples rondas de transducción; por otra parte, los vectores retrovirales no transducen en las células no se dividen. El único enfoque prometedor para la entrega estable del transgén es el uso de vectores lentivirales.
En conjunto, este estudio proporciona un método eficiente para entregar los transgenes en las células NK primarias, sin afectar sus funciones efectoras. Este protocolo hace inmunoterapia NK basadas en células de cáncer altamente eficiente y aplicable a ensayos clínicos emergentes. Experimentos futuros son necesarios para validar la eficacia de este método en inmunoterapias de cáncer basado en la célula NK.
Los autores afirman no hay conflicto de intereses financiero.
Agradecemos a Lucía Sammarco y su Lulu Lemonade Stand de inspiración, motivación y apoyo. Este trabajo fue apoyado en parte por los NIH R01 AI102893 y NCI R01 CA179363 (S.M.); NHLBI-HL087951 (S.R.); NIH-CA151893-K08 (M.J.R.); NCI 1R01CA164225 (L.W); el Alex Lemonade Stand Foundation (S.M.); el programa HRHM del fondo MACC (S.M.; S.R.; [M.S.T); la Fundación de la familia de Nicholas (S.M.); la familia Gardetto (S.M.); Programa de los eruditos de Hyundai (M.S.T.); Hyundai esperanza sobre ruedas (S.R.); el fondo MACC (M.S.T. y S.M.); Instituto de investigación de los niños, MCW (S.R.); y el Premio de Kathy Duffey Fogerty (M.J.R.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Dextran | Sigma-Aldrich | 90-64-91-9 | |
polybrene (Pb) | Sigma-Aldrich | TR-1003 | |
protamine sulfate (PS) | Sigma-Aldrich | p3369 | |
Trypsin | Corning | 25-052-CI | |
RPMI1640 | Corning | 10-040-CV | |
Fetal Bovine Serum | ATALANTA | S11150 | |
Penicillin | Corning | 30-001-CI | |
B-mercaptoethanol | SIGMA | M3148 | |
sodium pyruvate | Corning | MT25000CI | |
Interferon gamma (IFN-γ ) | eBioscience | 14-7311-85 | |
Propidium lodding staining solution | BD | 51-66211E | |
Lipofectamine 3000 | Thermo Fisher | L3000015 | |
Isoflurane | PHOENIX | NDC 57319-559-05 | |
NK cell negative selection kit | Stem Cell | 19855 | |
Yac-1 | ATCC | TIB-160 | |
K562 | ATCC | CCL-243 | |
Mice | Jakson | 664 | |
293T cells | ATCC | CRL-3216 | |
T75 flasks | Cornnig | 430641U | |
antibody-based negative selection kits | Stem Cell | 19055 | |
51Chromium (Cr)-release assays | perkin elmer's | NEZ030 | |
ELISA kits | Ebioscience | 00-4201-56 | |
Sodium Butyrate | Sigma | 5887-5G | |
Linear polyethylenimine | polysciences | 23966-2 | |
Ficoll | GE Life Science | 17-1440-03 | |
HBSS | Corning | 21-022-CV |
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