CN102911918B - 一种基因工程细胞及其在nk细胞扩增中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基因工程细胞及其在NK细胞扩增中的应用,提供了一种高效和高细胞毒性的自然杀伤(NK)细胞体外扩增方法。通过基因工程技术在细胞膜表面稳定表达4-1BB配体(4-1BBL)和膜固定白介素21(mbIL-21),构建4-1BBL-mbIL-21-基因工程细胞(4-1BBL-mbIL-21-GeneEngineeringCells,4-1BBL-mbIL-21-GEC),如4-1BBL-mbIL-21-K562细胞等,以此作为扩增的饲养细胞,从外周血单核细胞中直接扩增NK细胞,更加简单和易于操作。细胞计数、流式细胞分析、细胞毒性试验等研究表明细胞扩增倍数高,NK细胞纯度好、细胞毒性强、具有明显的肿瘤细胞杀伤效应。
Description
技术领域
本发明涉及疾病免疫治疗,尤其涉及NK细胞免疫治疗中NK细胞的体外制备。
背景技术
NK细胞(natural killer cell,自然杀伤细胞)是一类大颗粒淋巴细胞,是机体固有免疫和适应性免疫的重要桥梁,在机体抗感染性疾病和恶性肿瘤免疫监视过程中发挥重要作用。继发性NK细胞移植能产生良好的抗肿瘤效应,而其自身很少被受体排斥,且不会引起任何GVHD(Graft Versus Host Disease)。因此,继发性NK细胞治疗(Adoptive NK cell therapy)已成为目前最热门和最有前途的恶性肿瘤治疗方法之一。
尽管继发性NK细胞免疫治疗具有良好的抗肿瘤效应和巨大的应用前景,但NK细胞免疫治疗仍然难以进行常规临床应用,其中最主要障碍在于,在外周血单核细胞(PBMC)中,NK细胞只是一个很小的群体,仅占人外周血单核细胞的10~15%,难以满足巨大的临床需要。为解决这一难题,首先要在数量上保证NK细胞的有效供给。因此,探索各种有效的NK细胞体外扩增(Ex vivo expansion)方法已成为NK细胞免疫治疗的必然趋势。
应用基因工程细胞( Gene engineering cells, GEC)作为饲养细胞(feeder cell)进行NK细胞体外扩增是一种重要的NK细胞扩增新策略。在以往的研究中有研究者应用CD64、CD86修饰K562细胞构建人工抗原递呈细胞(Antigen present cell, aAPC),然后将4-1BBL(CD137L)和膜固定IL15(membrane-bound IL-15, mIL-15)等导入此细胞中,构建CD64-CD86-4-1BBL-mIL15-aAPC,并利用此人工抗原递呈细胞进行NK细胞体外扩增,这种方法可以获得较强细胞毒性的NK细胞,但NK细胞增殖受到限制,5-6周后细胞不再扩增。本发明中,我们通过基因工程技术将4-1BBL和膜固定IL21(mbIL-21)直接修饰到K562细胞表面,构建4-1BBL-mbIL-21-GEC。与以往的人工抗原递呈细胞相比,本发明更加简单和易于操作。研究表明,4-1BBL-mbIL-21-GEC可以诱导产生大规模功能性的NK细胞,在NK细胞免疫治疗临床应用和科学研究中具有重大应用价值。
发明内容
本发明的目的是,提供一种基因工程细胞。
本发明的第二个目的是,提供一种基因工程细胞的制备方法。
本发明的第三个目的是,提供一种基因工程细胞在NK细胞扩增中的应用。
本发明的第四个目的是,提供一种NK细胞扩增方法。
为了解决本发明第一个目的,本发明提供了一种基因工程细胞,所述基因工程细胞为4-1BBL-mbIL-21-GEC,其细胞膜表面稳定表达4-1BB配体和膜固定白介素21(mbIL-21)。
作为一个优选,所述基因工程细胞为4-1BBL-mbIL-21-K562细胞。
为了解决本发明第二个目的,本发明提供了基因工程细胞的制备方法,包括以下步骤:
(1)构建4-1BBL表达的转座子;
(2)4-1BBL转座子与转座酶SB11共转染相应细胞,流式细胞分选,获得4-1BBL稳定表达细胞4-1BBL-GEC;
(3)在步骤(2)获得的4-1BBL-GEC 基础上导入在细胞膜表面稳定表达的IL-21(membrane-bound IL-21, mbIL-21),建立4-1BBL-mbIL-21 -GEC。
作为一个优选,所述基因工程细胞为4-1BBL-mbIL-21-K562细胞。
为了解决本发明第三个目的,本发明提供了基因工程细胞在NK细胞扩增中的应用。
为了解决本发明第四个目的,本发明提供了一种NK细胞扩增方法,利用上述基因工程细胞进行扩增,包括以下步骤:
(1)构建4-1BBL表达的转座子;
(2)4-1BBL转座子与转座酶SB11共转染相应细胞,流式细胞分选,获得4-1BBL稳定表达细胞4-1BBL-GEC;
(3)在步骤(2)获得的4-1BBL-GEC 基础上导入在细胞膜表面稳定表达的IL-21(mbIL-21),建立4-1BBL-mbIL-21 -GEC;
(4)致死性照射或丝裂霉素处理步骤(3)获得的基因工程细胞,按2: 1与外周血单核细胞混合,在NK细胞扩增培养液中共培育;
(5)每周重复刺激1次,连续数周,以获得足够量的NK细胞。
作为一个优选,所述基因工程细胞为4-1BBL-mbIL-21-K562细胞。
本发明的优点在于,为建立一种高效和高细胞毒性的NK细胞体外扩增方法,我们通过在细胞膜表面稳定表达4-1BB配体(4-1BBL)和膜固定白介素21(mbIL-21),构建新型基因工程细胞4-1BBL-mbIL-21-GEC,如4-1BBL-mbIL-21-K562细胞,以此作为扩增的饲养细胞,从外周血单核细胞中直接扩增NK细胞,而不是先构建人工抗原递呈细胞,然后在此基础上遗传修饰。与以往的人工抗原递呈细胞相比,本发明更加简单和易于操作。流式细胞分析、细胞毒性试验等表明所扩增的NK细胞纯度好、细胞毒性强,具有明显的肿瘤细胞杀伤效应。本发明提供的NK细胞扩增方法简单、易于操作;扩增效率好、纯度高;扩增持续时间长、肿瘤细胞杀伤效应明显。
附图说明
图1为本发明的工作示意图。
图2为4-1BBL和mbIL-21在4-1BBL-mbIL-21-K562基因工程细胞中的表达。
图3为扩增细胞中NK细胞的纯度(W代表扩增周数)。
图4为扩增细胞的总数目。
图5为扩增前后NK细胞的受体表达(W代表扩增周数,0 W代表PBMC)。
图6为扩增前后NK细胞的肿瘤细胞杀伤效率。
图7为STAT3抑制剂JSI-124抑制扩增NK细胞受体表达。
图8为STAT3抑制剂JSI-124损害扩增NK细胞的形态、增殖和细胞杀伤效力。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的4-1BBL-mbIL-21-K562的制备方法和NK细胞扩增方法的具体实施方式做详细说明,图1为本发明的工作示意图。
实施例1、基因工程细胞4-1BBL-mbIL-21-K562的制备方法
1.从Open Biosysems (Thermo Fisher Scientific, CO, USA)购买4-1BBL/PCR4 TOPO 质粒,PCR扩增,然后插入GlySer-EGFP(CoOp)-pSBSO睡美人表达载体的Nhe I-XhoI位点,构建4-1BBL/pSBSO转座子。
2.将4-1BBL/pSBSO转座子与转座酶SB11共转染K562细胞,流式细胞分选,获得4-1BBL稳定表达的K562细胞(4-1BBL-K562)。
3.将IL-21-Fc(CoOp)-pSBSO与转座酶SB11共转染4-1BBL-K562细胞,流式细胞分选,建立4-1BBL-mbIL-21-K562基因工程细胞。流式细胞分析证实4-1BBL-mbIL-21-K562细胞表面有明显的4-1BBL和IL-21的表达(图2)。
实施例2、NK细胞扩增方法
1.从Open Biosysems (Thermo Fisher Scientific, CO, USA)购买4-1BBL/PCR4 TOPO 质粒,PCR扩增,然后插入GlySer-EGFP(CoOp)-pSBSO睡美人表达载体的Nhe I-XhoI位点,构建4-1BBL/pSBSO转座子。
2.将4-1BBL/pSBSO转座子与转座酶SB11共转染K562细胞,流式细胞分选,获得4-1BBL稳定表达的K562细胞(4-1BBL-K562)。
3.将IL-21-Fc(CoOp)-pSBSO与转座酶SB11共转染4-1BBL-K562细胞,流式细胞分选,建立4-1BBL-mbIL-21- K562基因工程细胞。
4.用淋巴细胞分离液分离人外周血单核细胞。
5.100Gy放射线照射构建的基因工程细胞,或15ug/mL丝裂霉素处理构建的基因工程细胞4小时;之后,细胞用PBS洗2~3次。
6.预处理过的基因工程细胞与淋巴细胞按2:1混合,在含有10%FBS、1% P/S、2 mM L-谷氨酰胺、50U/ml IL-2的RPMI1640培养液中于5% CO2培养箱中共培育,每2天更换新鲜培养基一次。
7.按步骤5和6程序每周重复刺激扩增后细胞1次。
8.在不同时间点,检测NK细胞纯度(见图3)、细胞总数目(见图4)、NK细胞表面受体表达(见图5)和对肿瘤细胞的杀伤效力(见图6)。
实施例3、NK细胞扩增机理研究
1.从Open Biosysems (Thermo Fisher Scientific, CO, USA)购买4-1BBL/PCR4 TOPO 质粒,PCR扩增,然后插入GlySer-EGFP(CoOp)-pSBSO睡美人表达载体的Nhe I-XhoI位点,构建4-1BBL/pSBSO转座子。
2.将4-1BBL/pSBSO转座子与转座酶SB11共转染K562细胞,流式细胞分选,获得4-1BBL稳定表达的K562细胞(4-1BBL-K562)。
3.将IL-21-Fc(CoOp)-pSBSO与转座酶SB11共转染4-1BBL-K562细胞,流式细胞分选,建立4-1BBL-mbIL-21- K562基因工程细胞。
4.用淋巴细胞分离液分离人外周血单核细胞。
5.100Gy放射线照射构建的基因工程细胞,或15μg/mL的丝裂霉素处理构建的基因工程细胞4小时;之后,细胞用PBS洗2~3次。
6.预处理过的基因工程细胞与淋巴细胞按2:1混合,在含有10%FBS、1% P/S、2 mM L-谷氨酰胺、50U/ml IL-2的RPMI1640培养液中于5% CO2培养箱中共培育,每2天更换新鲜培养基一次。
7. 1周后按步骤5和6程序重复刺激扩增后细胞。
8. 1周后按步骤5和6程序重复刺激步骤7所得扩增细胞,设2 个组,在培养基中分别加入0.1μM的JSI-124和等体积的DMSO。
9. 第3天流式细胞分析检测NK细胞受体表达(图7),第5天在相差显微镜下观察NK细胞形态并拍照(图8A),第0、3、7天计数NK细胞数目(图8B),第7天检测NK细胞对肿瘤细胞的杀伤效力(图8C)。
通过构建4-1BBL-mbIL-21- K562新型基因工程细胞,以此作为扩增的饲养细胞,从外周血单核细胞中直接扩增NK细胞。细胞计数、流式细胞分析、细胞毒性试验等表明细胞扩增倍数高、NK细胞纯度好、细胞毒性强,具有明显的肿瘤细胞杀伤效应。进一步的机理研究表明,本发明所诱导的NK细胞扩增是STAT3依赖性的,抑制STAT3磷酸化将损害NK细胞的扩增。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,如用其它类型的细胞如721.221、U937等细胞替代K562细胞,用其它方式实现4-1BBL和mbIL-21在细胞膜表面的表达,在4-1BBL和mbIL-21基础上再修饰其它基因,应用其它组织来源细胞如脾细胞进行扩增,对扩增条件和程序进行改进等等,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.基因工程细胞4-1BBL-mbIL-21- K562在NK细胞扩增中的应用,其特征在于,其中4-1BBL代表CD137L,mbIL-21代表膜固定IL-21,所述基因工程细胞4-1BBL-mbIL-21-K562通过如下方法构建:
(1)构建4-1BBL表达的转座子;
(2)4-1BBL转座子与转座酶SB11共转染相应细胞,流式细胞分选,获得4-1BBL稳定表达的细胞4-1BBL- K562;
(3)在步骤(2)获得的4-1BBL- K562 基础上导入在细胞膜表面稳定表达的IL-21,建立4-1BBL-mbIL-21 - K562。
2. 一种NK细胞扩增方法,其特征在于,利用基因工程细胞4-1BBL-mbIL-21- K562进行扩增,其中4-1BBL代表CD137L,mbIL-21代表膜固定IL-21,包括以下步骤:
(1)构建4-1BBL表达的转座子;
(2)4-1BBL转座子与转座酶SB11共转染相应细胞,流式细胞分选,获得4-1BBL稳定表达的细胞4-1BBL- K562;
(3)在步骤(2)获得的4-1BBL- K562 基础上导入在细胞膜表面稳定表达的IL-21,建立4-1BBL-mbIL-21 - K562;
(4)致死性照射或丝裂霉素处理步骤(3)获得的基因工程细胞,按2: 1与外周血单核细胞混合,在NK细胞扩增培养液中共培育;
(5)每周重复刺激1次,连续数周,以获得足够量的NK细胞。
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