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Method Article
Descriviamo una procedura per valutare la capacità degli agenti farmacologici di generare cellule dendritiche tollerogeniche da cellule dendritiche naive derivate da monociti in vitro e convalidare la loro potenza mediante la generazione di cellule T regolatorie autologhe.
Le cellule dendritiche tolerogeniche (tolDC) sono un sottogruppo di cellule dendritiche (DC) che sono note per influenzare le cellule T naive verso un fenotipo di cellule T regolatorie (Treg). Le TolDC sono attualmente in fase di studio come terapie per l'autoimmunità e il trapianto, sia come terapia cellulare che come metodo per indurre le tolDC da DC endogene. Ad oggi, tuttavia, il numero di agenti noti per indurre tolDC da DC naïve è relativamente piccolo e la loro potenza nel generare Treg in vivo è stata incoerente, in particolare le terapie che inducono tolDC da DC endogene. Ciò offre l'opportunità di esplorare nuovi composti per generare tolleranza.
Qui descriviamo un metodo per testare nuovi composti immunomodulatori su DC derivate da monociti (moDC) in vitro e convalidare la loro funzionalità per generare Treg autologhe. In primo luogo, otteniamo PBMC e isoliamo monociti CD14+ e cellule T CD3+ utilizzando kit di separazione magnetica disponibili in commercio. Successivamente, differenziamo i monociti in moDC, li trattiamo con un immunomodulatore consolidato, come rapamicina, desametasone, IL-10 o vitamina D3, per 24 ore e testiamo il loro cambiamento nei marcatori tollerogenici come convalida del protocollo. Infine, co-coltiviamo le tolDC indotte con cellule T autologhe in presenza di stimolazione anti-CD3/CD28 e osserviamo cambiamenti nelle popolazioni di Treg e nella proliferazione delle cellule T. Prevediamo che questo protocollo venga utilizzato per valutare l'efficacia di nuovi agenti immunomodulatori per riprogrammare DC già differenziate verso la tolDC.
Le cellule dendritiche (DC) sono mediatori critici tra l'immunità innata e quella adattativa. Le DC, che risiedono principalmente nelle membrane mucose, nella pelle e nel tessuto linfoide, sono le principali cellule presentanti l'antigene (APC)1. Le DC assorbono proteine estranee e le elaborano e le presentano sulle proteine maggiori di istocompatibilità (MHC) alle cellule T naive. Le DC esprimono specificamente proteine MHC di classe II, come l'antigene-DR leucocitario umano (HLA-DR) nell'uomo. Lo stato di attivazione delle DC in seguito all'esposizione all'antigene è critico per la risposta delle cellule T a valle2. Le DC immature esprimono vari recettori di riconoscimento dei pattern (PRR) che riconoscono classi di molecole chiamate pattern molecolari associati ai patogeni (PAMP), come il componente della parete batterica, il lipopolisaccaride (LPS)3. Dopo la stimolazione con PRR, le DC diventano DC mature e sovraregolano importanti proteine co-stimolatorie delle cellule T, come CD80, CD86 e CD40, e secernono citochine pro-infiammatorie come il fattore di necrosi tumorale-alfa (TNFα), facilitando la differenziazione delle cellule T naive in cellule T effettrici convenzionali o helper2. Al contrario, se la maturazione delle DC viene interrotta o se le DC si sviluppano in un ambiente tollerogenico, le DC possono generare uno stato DC tollerogenico (tolDCs)4. Le TolDC sottoregolano i classici recettori co-stimolatori delle cellule T e sovraregolano invece i recettori di tolleranza come il ligando 1 della morte cellulare programmata (PD-L1) e l'attenuatore dei linfociti B e T (BTLA) e generano citochine soppressive come l'interleuchina 10 (IL-10) e il fattore di crescita trasformante beta (TGF-β)4. Questo non è un elenco completo di marcatori di tolleranza e, infatti, c'è un consenso limitato su quali marcatori tolDC siano appropriati per definire lo statotolDC 5. Considerando ciò, proponiamo la generazione di cellule T regolatorie (Treg) come marcatore funzionale che dovrebbe essere utilizzato per confrontare l'efficacia di vari agenti di induzione del tolDC.
Oltre agli stati di attivazione delle DC tolDC/maturi, le DC possono anche essere classificate in base al loro lignaggio o alla posizione del tessuto, con ogni sottoinsieme che mostra funzionalità leggermente diverse. Mentre la divisione tolDC/DC matura è meno definitiva ed esiste più come un continuum, le divisioni di lignaggio hanno marcatori ben definiti sia nell'uomo che nei topi. I precursori delle DC si formano nel midollo osseo, ma ci sono due sottotipi principali di DC in base al loro lignaggio: 1) cellule dendritiche plasmacitoidi (pDC), che derivano da linee linfoidi e 2) cellule dendritiche convenzionali (cDC), che derivano da linee mieloidi. Nell'uomo, le pDC maturano negli organi linfoidi, esprimono CD303 e sono altamente reattive nelle infezioni virali6. Le cDC che esprimono CD11c, nel frattempo, sono maturate nei tessuti periferici ed esistono in due sottotipi distinti, CD1c+ cDC1s e CD141+ cDC2, che generano ciascuno risposte distinte delle cellule T7. Inoltre, tutte le cDC possono esistere sia nei sottostati tessuto-residenti (CD103-) che migratori (CD103+)8. Infine, in determinate condizioni, le cellule di linee monocitarie (CD14+) possono essere indotte verso un fenotipo di cellula dendritica e sono identificate come CD14-, CD141+, CD1c+ 9. Queste cellule, note come DC derivate da monociti (moDC), sono le più comunemente utilizzate per l'analisi ex vivo nell'uomo, poiché i monociti costituiscono circa il 10-30% delle cellule mononucleate del sangue periferico umano (PBMC), mentre le pDC costituiscono solo l'1-3%10. Questo rende le moDC una scelta interessante, ma è anche noto che le moDC sono più infiammatorie delle tipiche cDC isolate dal tessuto primario9.
Attualmente ci sono due grandi categorie di sforzi per impiegare le tolDC per generare tolleranza clinica. In primo luogo, le tolDC sono generate da monociti per essere utilizzate come terapia cellulare. In questo paradigma, le moDC sono tipicamente differenziate utilizzando IL-4/GM-CSF in concomitanza con immunomodulatori come la vitamina D3, la rapamicina (rapa), l'IL-10, il desametasone o combinazioni di questi11,12. Queste tolDC sono state esplorate come terapie cellulari autologhe per l'autoimmunità e i trapianti13. L'altro uso delle tolDC è quello di riprogrammare le DC endogene verso tolDC utilizzando farmaci liberi o nanovettori per veicolare sia l'immunomodulatore che l'antigene di interesse 14,15,16. L'induzione di DC già differenziate è più impegnativa, tuttavia, a causa dello sviluppo di robusti fenotipi metabolici di DC che sono tipicamente in contrasto con il metabolismo delle tolDC17,18. Questo è un livello elevato per la maggior parte degli immunomodulatori farmacologici; per questo motivo, la maggior parte degli studi di riprogrammazione endogena delle DC riporta un'efficace soppressione delle DC e spesso una certa induzione di Treg, ma manca di successo clinico, spesso a causa della mancanza di persistenza delle cellule T 15,19,20. Ciò evidenzia la necessità di strategie per identificare potenziali agenti di induzione di tolDC da DC esistenti.
Qui, presentiamo un metodo per la valutazione in vitro di agenti immunomodulatori contro moDC differenziate con la metrica finale dell'induzione autologa di Treg. Questo protocollo è progettato per valutare l'efficacia degli agenti immunomodulatori nel riprogrammare le moDC umane già differenziate verso la tolleranza. Inoltre, questo protocollo convalida la funzionalità delle tolDC riprogrammate per generare Treg contro cellule T autologhe isolate dallo stesso campione di PBMC. Ciò è in contrasto con altri protocolli che inducono tolleranza durante il differenziamento e/o sfidano le tolDC con cellule T da donatori allogenici21. In questo protocollo, utilizziamo l'agente tollerante comune rapa come esempio, ma dimostriamo anche la limitata efficacia dei moDC trattati con rapa per generare Treg. Nei nostri risultati rappresentativi, mostriamo anche l'efficacia di altri trattamenti immunomodulatori comuni come IL-10, desametasone e vitamina D3. Prevediamo che questo protocollo venga utilizzato per lo screening di agenti inducenti tolDC potenzialmente più efficaci rispetto a moDC già consolidate22.
Tutti i campioni di cellule mononucleate del sangue periferico umano (PBMC) sono stati ottenuti dal nucleo di immunologia umana dell'Università della Pennsylvania da donatori anonimizzati con previa approvazione dell'Institutional Review Board (IRB) dell'Università della Pennsylvania con il consenso del paziente.
Facoltativo: mentre in questo metodo abbiamo utilizzato PBMC appena isolate ottenute da un laboratorio accademico, le PBMC possono essere isolate sia dal sangue intero che dai prodotti ematici arricchiti con leucaferesi. Si consiglia di utilizzare il metodo di centrifugazione in gradiente di densità, poiché si tratta di un metodo consolidato e affidabile descritto altrove23.
1. Isolamento di monociti/cellule T e differenziamento di moDC
2. Aggiunta di farmaci immunomodulatori per la generazione di moDC tollerogeniche
3. Analisi del flusso per moDC (Validazione + Tolleranza)
4. Analisi del flusso delle cellule T
Abbiamo descritto un protocollo per le PBMC umane, isolando sia le cellule T CD3+ che i monociti CD14+ utilizzando kit di separazione magnetica disponibili in commercio, differenziando i monociti in moDC CD14-, HLA-DR+, CD141+, CD1c+ utilizzando GM-CSF e IL-4, trattandoli per 24 ore e co-coltura con cellule T autologhe con stimolazione anti-CD3/CD28 per 72 ore. Uno schema sperimentale è mostrato nella
Qui descriviamo un metodo affidabile e versatile per valutare la funzionalità di agenti immunomodulatori per indurre tolDC da moDC e convalidare la loro funzionalità per generare Treg da cellule T autogene ex vivo. Ci sono diversi passaggi critici in questo protocollo. Innanzitutto, i monociti sono cellule notoriamente sensibili e devono essere ottenuti da PBMC fresche e non precedentemente congelate per ottenere i migliori risultati. I monociti devono essere isolati il prima ...
Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.
Vorremmo ringraziare lo Human Immunology Core (HIC) dell'Università della Pennsylvania per aver fornito nuove PBMC umane da donatori. L'HIC è supportato in parte da NIH P30 AI045008 e P30 CA016520.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.1-10 µL Filtered Pipet tips | VWR | 76322-158 | General Cell Culture |
1.5 mL Centrifuge Tube | VWR | 77508-358 | General Cell Culture |
10 mL Serological Pipets | VWR | 414004-267 | General Cell Culture |
100-1000 µL Filtered Pipet tips | VWR | 76322-164 | General Cell Culture |
15 mL Conical Tube | VWR | 77508-212 | General Cell Culture |
20-200 µL Filtered Pipet tips | VWR | 76322-160 | General Cell Culture |
2-Mercaptoethanol | MP Biomedical | 194834 | T Cell Culture |
50 mL Conical Tube | VWR | 21008-736 | General Cell Culture |
60 x 15 mm Dish, Nunclon Delta | Thermo Fischer | 150326 | General Cell Culture |
96 Well Conical (V) Bottom Plate, Non-Treated Surface | Thermo Fischer | 277143 | General Cell Culture |
96 well Flat Bottom Plate | Thermo Fischer | 161093 | General Cell Culture |
APC/Cyanine7 anti-human CD272 (BTLA) Antibody | Biolegend | 344518 | Flow Cytometry |
Attune NxT (Red/Blue Laser, 7 Channel) | Thermo Fischer | A24863 | Flow Cytometry |
BSA | Thermo Fischer | 15260-037 | General Cell Culture |
CD14 Monoclonal Antibody (61D3), PE | Thermo Fischer | 12-0149-42 | Flow Cytometry |
CD1c Monoclonal Antibody (L161), PE-Cyanine7 | Thermo Fischer | 25-0015-42 | Flow Cytometry |
CD209 (DC-SIGN) Monoclonal Antibody (eB-h209), PerCP-Cyanine5.5 | Thermo Fischer | 45-2099-42 | Flow Cytometry |
CD25 Monoclonal Antibody (CD25-4E3), APC | Thermo Fischer | 17-0257-42 | Flow Cytometry |
CD274 (PD-L1, B7-H1) Monoclonal Antibody (MIH1), PE | Thermo Fischer | 12-5983-42 | Flow Cytometry |
CD4 Monoclonal Antibody (RPA-T4), Alexa Fluor 488 | Thermo Fischer | 53-0049-42 | Flow Cytometry |
CD40 Monoclonal Antibody (5C3), APC | Thermo Fischer | 17-0409-42 | Flow Cytometry |
CD40 Monoclonal Antibody (5C3), APC-eFluor 780 | Thermo Fischer | 47-0409-42 | Flow Cytometry |
CD69 Monoclonal Antibody (FN50), PE | Thermo Fischer | MA1-10276 | Flow Cytometry |
CD86 Monoclonal Antibody (BU63), FITC | Thermo Fischer | MHCD8601 | Flow Cytometry |
CD8a Monoclonal Antibody (RPA-T8), PE-Cyanine7 | Thermo Fischer | 25-0088-42 | Flow Cytometry |
Conical Bottom (V-well) 96 Well Plate | Thermo Fischer | 2605 | Flow Cytometry |
Cryogenic Vials, 2 mL | Thermo Fischer | 430488 | T Cell Culture |
Dimethylsulfoxide (DMSO), Sequencing Grade | Thermo Fischer | 20688 | General Cell Culture |
DPBS | Thermo Fischer | 14200166 | General Cell Culture |
EasySep Human Monocyte Isolation Kit | Stem Cell Technologies | 19359 | Cell Separation |
EasySep Human T Cell Isolation Kit | Stem Cell Technologies | 17951 | Cell Separation |
EasySep Magnet | Stem Cell Technologies | 18000 | Cell Separation |
EDTA | Thermo Fischer | AIM9260G | General Cell Culture |
Falcon Round-Bottom Polystyrene Tubes, 5 mL | Stem Cell Technologies | 38025 | Cell Separation |
Fc Receptor Binding Inhibitor Polyclonal Antibody | Thermo Fischer | 14-9161-73 | Flow Cytometry |
Fetal Bovine Serum | Thermo Fischer | A5670701 | General Cell Culture |
Fixable Viability Dye eFluor 780 | Thermo Fischer | 65-0865-18 | Flow Cytometry |
Foxp3 / Transcription Factor Staining Buffer Set | Thermo Fischer | 00-5523-00 | Flow Cytometry |
FOXP3 Monoclonal Antibody (PCH101), PE-Cyanine5.5 | Thermo Fischer | 35-4776-42 | Flow Cytometry |
HBSS | Thermo Fischer | 14170-112 | General Cell Culture |
Heat Inactivated Fetal Bovine Serum | Thermo Fischer | A5670801 | General Cell Culture |
HEPES (1 M) | Thermo Fischer | 15630106 | moDC Cell Culture |
HLA-DR Monoclonal Antibody (L243), Alexa Fluor 488 | Thermo Fischer | A51009 | Flow Cytometry |
Human CD3/CD28/CD2 T Cell Activator | StemCell Technologies | 10970 | T Cell Culture |
Human GM-CSF Recombinant Protein | Thermo Fischer | 300-03 | moDC Cell Culture |
Human IL-10 ELISA Kit, High Sensitivity | Thermo Fischer | BMS215-2HS | ELISA |
Human IL-4, Animal-Free Recombinant Protein | Thermo Fischer | AF-200-04 | moDC Cell Culture |
Human PBMC (Freshly Isolated) | UPenn HIC | N/A | Cells |
Human TNF alpha ELISA Kit | Thermo Fischer | BMS223-4 | ELISA |
Light Microscope (DMi1) | Lucia | 391240 | General Cell Culture |
Lipopolysaccaride (LPS) | Invivogen | tlrl-eblps | moDC Cell Culture |
LIVE/DEAD Fixable Near-IR Dead Cell Stain Kit | Thermo Fischer | L34975 | Flow Cytometry |
MEM Non-Essential Amino Acids Solution (100x) | Thermo Fischer | 11140050 | T Cell Culture |
Penicillin-Streptomycin (100x) | Thermo Fischer | 15140122 | General Cell Culture |
Pipette Controller | VWR | 77575-370 | General Cell Culture |
Rapamycin, 98+% | Thermo Fischer | J62473.MF | moDC Cell Culture |
RPMI 1640 with Glutamax | Thermo Fischer | 61870-036 | General Cell Culture |
Separation Buffer | Stem Cell Technologies | 20144 | Cell Separation |
T Cell Stimulation Cocktail (500x) | Thermo Fischer | 00-4970-93 | T Cell Culture |
UltraComp eBead Plus Compensation Beads | Thermo Fischer | 01-3333-41 | Flow Cytometry |
Variable Pipette Set | Fischer Scientific | 05-403-152 | General Cell Culture |
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