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Aquí, presentamos un protocolo para realizar el aislamiento y expansión de células mononucleares de sangre periférica-inducidas por citoquinas CD3+CD56+ células asesinas e ilustrar su efecto de citotoxicidad contra las células cancerosas hematológicas y sólidas mediante el uso de un sistema de citometría de flujo de diagnóstico in vitro.
La inmunoterapia celular adoptiva se centra en restaurar el reconocimiento del cáncer a través del sistema inmunitario y mejora la matanza efectiva de células tumorales. Se ha informado que la terapia con células T por el asesino de citoquinas (CIK) ejerce efectos citotóxicos significativos contra las células cancerosas y reduce los efectos adversos de la cirugía, la radiación y la quimioterapia en los tratamientos oncológicos. El CIK se puede derivar de células mononucleares de sangre periférica (PPBM), médula ósea y sangre del cordón umbilical. Las células CIK son una subpoblación heterogénea de células T con CD3+CD56+ y características fenotípicas de asesino natural (NK) que incluyen actividad antitumoral no restringida del complejo de histocompatibilidad principal (MHC). Este estudio describe un método calificado, clínicamente aplicable, basado en citometría de flujo para la cuantificación de la capacidad citolítica de las células CIK derivadas de PBMC contra células cancerosas hematológicas y sólidas. En el ensayo citolítico, las células CIK se entrenan en diferentes proporciones con células tumorales diana prestadas. Después del período de incubación, el número de células diana se determina mediante una mancha de unión a ácido nucleico para detectar células muertas. Este método es aplicable tanto a aplicaciones de investigación como de diagnóstico. Las células CIK poseen una potente citotoxicidad que podría ser explorada como una estrategia alternativa para el tratamiento del cáncer tras su evaluación preclínica mediante una configuración y seguimiento del citometro (cS y T) sistema de citometría de flujo basado.
Los linfocitos T citotóxicos son una población específica de células efectogenitas inmunes que media respuestas inmunitarias contra el cáncer. Varias poblaciones de células efectoras, incluidas las células asesinas activadas por linfina (LAK), los linfocitos infiltrantes tumorales (TIL), las células asesinas naturales (NK), las células T y las células asesinas inducidas por citoquinas (CIK), se han desarrollado con fines de terapia adoptiva de células T (ACT)1. Existe un creciente interés en las células CIK, ya que representan una mezcla de poblaciones de células citotóxicas inducidas por citoquinas expandidas a partir de células mononucleares de sangre periférica autóloga (PMBC)2.
El crecimiento incontrolado de células progenitoras linfoides, mieloblastos y linfoblastos conduce a tres tipos principales de cánceres de sangre (es decir, leucemia, linfoma y mieloma), tumores sólidos, incluyendo carcinomas (por ejemplo, cáncer de pulmón, cáncer gástrico, cáncer de cuello uterino) y sarcomas, entre otros cánceres3. Las células CIK son una mezcla de poblaciones celulares que presentan una amplia gama de actividad antitumoral no restringida del complejo de histocompatibilidad (MHC) y, por lo tanto, son prometedoras para el tratamiento de tumores hematológicos y avanzados4,5,6,7. Las células CIK comprenden una combinación de células, incluyendo células T (CD3+CD56), celdas NK-T (CD3+CD56+), y celdas NK (CD3–CD56+). La optimización del protocolo de inducción CIK mediante el uso de un cronograma fijo para la adición de anticuerpos IFN-o, anti-CD3 e IL-2, da como resultado la expansión de las células CIK8. La capacidad citotóxica de las células CIK contra las células cancerosas depende principalmente de la participación del grupo NK 2 miembro D (un miembro de la familia de receptores similares a la lectina de tipo C) ligandos NKG2D en las células tumorales, y en las vías mediadas por perforina9. Los resultados de un estudio preclínico revelaron que las células CIK estimuladas por IL-15 indujeron citotoxicidad potente contra las líneas celulares de leucemia mieloide primaria sin efecto sin vitro y mostraron una menor aleeactividad contra los PBMU normales y los fibroblastos9. Recientemente, se publicó el resultado de la perfusión de CIK de un donante sano (1 x 108/kg CD3+ células) como consolidación tras el trasplante alogénico no mieloablativo para el tratamiento de neoplasias mieloides en un estudio clínico de fase II10.
En el presente estudio, desarrollamos una fórmula de cultivo celular optimizada compuesta por IFN-, IL-1, anticuerpo anti-CD3 e IL-2 añadido al medio celular hematopoyético para aumentar la producción de CIK, e investigamos el efecto citotóxico de las células CIK contra la crónica humana leucemia mieloide (K562) y células de cáncer de ovario (OC-3).
El protocolo clínico se realizó y aprobó de acuerdo con las directrices de la Junta de Revisión Institucional del Comité de ética de la Universidad Médica y de Investigación Hospitalaria de China. Los especímenes de sangre periférica fueron cosechados de voluntarios sanos con su consentimiento informado.
1. Preparación de materiales
2. Aislamiento PBMC
3. Inducción y expansión del CIK
4. Inmunofenotipado para la evaluación de células CIK
5. Reconocimiento de marcadores de CD
6. Cultivo y tinción de la leucemia mieloide crónica humana Células K562 y cáncer de ovario CÉLULAs OC-3
7. Ensayo citotóxico
El propósito del presente protocolo es aislar y expandir las células T asesinas inducidas por citoquinas (CIK) de los monocitos sanguíneos periféricos y evaluar el efecto citotóxico de la CIK contra la neoplasia maligna hematológica y las células cancerosas sólidas, respectivamente. La inducción de CIK fue identificada por el reconocimiento CD3/CD56. La Figura 1A muestra el protocolo para la inducción y expansión de CIK. Los resultados representativos de la estrategia de medición para analizar la subpoblación de células CD3+CD56+ T de donantes sanos se ilustran en la Figura 1B. La Figura 1C muestra el análisis estadístico de la proporción CIK de tres individuos.
La Figura 2A muestra que el CD3+CD56+ proporción celular (0,65% para el PBMC original, panel inferior izquierdo y 27,4% para las células CIK cosechadas el día14,panel inferior derecho) aumentó significativamente después de 14 días de expansión. En nuestro sistema de cultivo, las células CIK produjeron aproximadamente medio centenar de cambios en comparación con el número original de PPM(Figura 2B).
La Figura 3 muestra el efecto citotóxico de CIK contra las células de la leucemia mieloide crónica humana K562 y las células del cáncer de ovario humano OC-3. Las células K562 u OC-3 (objetivo, T) se teñían con un tinte no fluorescente (CFSE), que fue cegado por esterasas intracelulares dentro de células viables y luego se convirtió en un tinte altamente fluorescente. En el estudio de cocultivo citotóxico, las células K562 u OC-3 teñidas por CFSE fueron cotratadas con células CIK durante 24 horas. Al final de la incubación, las células totales fueron cosechadas y teñidas con un tinte 7-AAD, que es un tinte de unión a ácido nucleico que se utiliza como sonda de viabilidad para la exclusión de células muertas. El tamaño y la granularidad de las células CIK y CFSE+ se ilustran en la Figura 3A. Las células K562 teñidas con CFSE (células objetivo, T) fueron co-tratadas con células CIK (células de efector, E) en una proporción de E/T a 0:1, 5:1 y 10:1, respectivamente. Se evaluaron las celdas 7-AAD+ de CFSE+ K562. Los resultados estadísticos fueron de tres experimentos independientes. Lisis basal significa el porcentaje de muerte celular en ausencia de células efectoras (E:T a 0:1). La Figura 3B muestra la citotoxicidad obvia de CIK contra las células OC-3 (E:T a 10:1) después de 24 h de incubación.
Figura 1: Gráfico de flujo de inducción y expansión de células asesinas inducidas por citoquinas. (A) Los PBMAM de donantes sanos consentidos fueron expuestos inicialmente a rhIFN-o (Día 0), seguidos de rhIL-2, rhIL-1 y anti-CD3 mAb (Día 1) cada 3 días (Día 4). Posteriormente, el medio se refrestó con medio que contiene rhIL-2 cada 3 días y las células se cosecharon el día 14. (B) Morfología de las células CIK durante 7 días de inducción. La activación y expansión de las células CIK se llevaron a cabo como se describe en el protocolo. Las células se observaron bajo un microscopio de luz en los días 1, 5 y 7, respectivamente (magnificación de 40x, barra de escala a 200 m). (C) Los recuentos de celdas se realizaban semanalmente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: La proporción de células CD3+CD56+ T de una muestra representativa de PBMC. (A) Los linfocitos fueron reconocidos por tamaño y granularidad específicos. Población de una sola célula seleccionada para el análisis por citometría de flujo. (B) Se realizó un análisis estadístico de la eficacia de la expansión de CIK de tres donantes sanos utilizando una prueba t (*, p < 0,01). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Efectos citotóxicos de las células CIK contra la leucemia mieloide crónica humana K562 y las células del cáncer de ovario humano OC-3. (A) Después de la cocultura con las células CIK durante 24 h, las células diana K562 fueron reconocidas y cerradas en función de la tinción del tinte CFSE. Ilustración cuadrante de la población celular total bajo el parámetro 7-AAD/CFSE seleccionado y la citotoxicidad acumulativa de las células CIK en la relación E:T indicada. (B) El efecto citotóxico de las células CIK contra las células OC-3 en una relación E:T a 10:1. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
El método descrito es un protocolo rápido, conveniente y confiable para el aislamiento y expansión de células T asesinas de citoquinas (CIK) inducidas por citoquinas (CIK) de muestras de sangre entera de donantes sanos. También muestra el efecto citotóxico de CIK contra la leucemia (K562) y las células cancerosas de ovario (OC-3) utilizando un sistema de configuración y seguimiento de citometría de flujo (CS & T). Las células CIK pueden ser inducidas y ampliadas en buenas prácticas de fabricación (GMP) mediante el uso de citoquinas de grado GMP y medio libre de suero para una perfusión clínica adicional11. Sin embargo, la eficacia de la inducción y expansión de CIK presenta diferencias individuales12,13,14. Además, la seguridad es la ventaja de la infusión de células CIK derivadas del paciente para la terapia con células cancerosas. Se ha informado que las células CIK ejercen efectos citolíticos sobre las células de cáncer sólido epitelial sobre todo de una manera dependiente de NKG2D. En las células cancerosas hematológicas, el bloqueo de NKG2D con un anticuerpo específico inhibe significativamente la citotoxicidad inducida por CIK contra las células K562 bajas en NKG2D; sin embargo, este tratamiento no tiene ningún efecto sobre las células HL-60 que carecen de NKG2D15. Además, las células CIK exhiben menos actividad de matanza de células contra las células K562 en comparación con CD8+ células CIK16. En este estudio, encontramos que CIK exhibió un mayor potencial citotóxico contra el cáncer de ovario OC-3 células en comparación con la leucemia K562 células. Estos datos sugieren que los mecanismos moleculares exactos a través de los cuales los efectores CIK matan las células tumorales aún no están claros.
El seguimiento de la viabilidad celular objetivo y la evaluación del potencial citotóxico de las células efectoras que utilizan citometría de flujo se ha convertido en un método estándar y convencional para el examen clínico17. Se ha sugerido que se observa un efecto negativo en la viabilidad celular y la expresión de marcadores de activación, como la población CD3+ en linfocitos teñidos con CFSE con citometría de flujo18,19. Por lo tanto, la tinción de las células cancerosas diana es una estrategia más eficaz para evaluar los efectos citotóxicos de las células CIK primarias. IfN-o, OKT3 e IL-2 son citoquinas o estimuladores importantes para la diferenciación y proliferación de CIK. Además, otros factores como la timoglobulina, IL-1, IL-10, IL-15, también son estimuladores. Actualmente, suero humano, plasma rico en plaquetas humana, e incluso suero bovino fetal se utilizan como suplementos medios que pueden mejorar la proliferación de células CIK. Aunque el suero o el plasma están enriquecidos con nutrientes y factores de crecimiento, la adición de productos animales alogénicos presenta variaciones de fuente, lote y lote que resultan en variabilidad experimental, e inevitablemente desconcertan estudios con resultados terapéuticos para células cultivadas. En este estudio, utilizamos un medio de grado GMP libre de suero, aalbúmina y sin xeno disponible comercialmente complementado con citoquinas de grado clínico para cultivar con éxito las células CIK. La desventaja de usar suplementos libres de xeno o sin alogénicos es que reducen la eficacia de la proliferación celular.
Los métodos de seguimiento de celdas de dos colores proporcionados en los protocolos calcularon de forma independiente las células objetivo de efector viables o muertos en un ensayo directo de citotoxicidad. En nuestras estrategias de gating, CFSE+ celdas de destino se pueden distinguir obviamente de las células efectoras CIK(Figura 3). Lo más importante es que el proceso de inducción y expansión de CIK debe ser calificado y mostrar alta viabilidad. Para otras infusiones de dosis múltiples, la condición de criopreservación, y la viabilidad y la citotoxicidad después de la descongelación, son otros desafíos críticos. La proporción real de lisis específica es igual a la proporción de 100 x (%Lysis de muestra - %Lisis basal)/(100 - %Lisis basal). A diferencia de otros estudios18,20, se recomienda que todas las células diana sean investigadas para revelar la citotoxicidad exacta y real de las células CIK.
En conclusión, el protocolo descrito en este estudio está diseñado para aumentar el número de células CIK derivadas de PBMC de donantes sanos y evaluar sus funciones citotóxicas frente a las células cancerosas con sondas fotoactivas de dos colores para el seguimiento selectivo de células diana mediante una citometría de flujo con un sistema de diagnóstico in vitro (IVD).
Los autores no declaran conflictos de interés financiero en conflicto.
Este estudio fue apoyado por el Hospital Universitario Médico de China (DMR-Cell-1809).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
7-Amino Actinomycin D | BD | 559925 | |
APC Mouse Anti-Human CD56 antibody | BD | 555518 | B159 |
APC Mouse IgG1, κ Isotype Control | BD | 555751 | MOPC-21 |
BD FACSCanto II Flow Cytometer | BD | 338962 | |
Carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester (CFSE) | BD | 565082 | |
D-(+)-Glucose solution | SIGMA | G8644 | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium/F12 | HyClone | SH30023.02 | |
Fetal bovine serum | HyClone | SH30084.03 | |
Ficoll-Paque Plus | GE Healthcare Life Sciences | 71101700-EK | |
FITC Mouse Anti-Human CD3 antibody | BD | 555332 | UCHT1 |
FITC Mouse IgG1, κ Isotype Control | BD | 555748 | MOPC-21 |
Human anti-CD3 mAb | TaKaRa | T210 | OKT3 |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140122 | |
Proleukin | NOVARTIS | ||
Recombinant Human Interferon-gamma | CellGenix | 1425-050 | |
Recombinant Human Interleukin-1 alpha | PEPROTECH | 200-01A | |
RPMI1640 medium | Gibco | 11875-085 | |
Sigma 3-18K Centrifuge | Sigma | 10295 | |
TrypLE Express Enzyme | Gibco | 12605028 | |
X-VIVO 15 medium | Lonza | 04-418Q |
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