各個(gè)環(huán)節(jié)高效提高NK細(xì)胞純度的方法介紹
瀏覽次數(shù):877 發(fā)布日期:2023-3-31
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NK細(xì)胞無(wú)需抗原預(yù)先致敏,即可快速反應(yīng)并同時(shí)激活免疫系統(tǒng)來(lái)協(xié)同發(fā)揮殺傷作用,堪稱免疫細(xì)胞里的航空母艦?茖W(xué)家對(duì)NK細(xì)胞療法也寄予厚望,全球的NK細(xì)胞相關(guān)療法也在如火如荼的進(jìn)行著。如何高效利用NK細(xì)胞幫助我們戰(zhàn)勝疾病,科學(xué)家們?yōu)榇艘恢痹谂χ裉煳覀兙蛠?lái)系統(tǒng)的了解一下如何在各個(gè)環(huán)節(jié)提高NK細(xì)胞的純度,以達(dá)到最好的治療效果。
Fig1:NK 細(xì)胞的來(lái)源
首先我們需要了解NK細(xì)胞是一種自然免疫細(xì)胞,廣泛存在于人體的外周血、骨髓、脾、淋巴結(jié)等組織中。在細(xì)胞來(lái)源方面,外周血中的NK細(xì)胞含量較高,是常用的來(lái)源之一【1】,另外臍帶血產(chǎn)業(yè)在近幾年迅速發(fā)展,也成為NK細(xì)胞主要來(lái)源之一。除此之外,也可以從人體骨髓、脾、淋巴結(jié)等組織中獲得NK細(xì)胞,但這些來(lái)源的細(xì)胞數(shù)較少,需要經(jīng)過(guò)特殊處理才能得到足夠的細(xì)胞量。
01 血樣采集和處理
首先,需要從健康人體中采集血樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了避免血液的凝固和失活,建議在血樣采集后盡快進(jìn)行處理。外周血采集建議首選肝素鈉采血管,最好在采血后4小時(shí)內(nèi)安排分離實(shí)驗(yàn)。而采集臍血無(wú)法選用采血管,必須用采血袋,建議使用抗凝劑較少的采血袋(比如100ml的袋子內(nèi)含14ml抗凝保存液),以更大程度防止血鈣流失。血液處理可以使用Ficoll梯度離心分離法(以外周血為例),具體方法如下:
Fig2:梯度離心分離法
1、將采集的外周血室溫下進(jìn)行離心處理(操作前請(qǐng)進(jìn)行檢菌),離心15分鐘,離心速度設(shè)置為750g左右。此時(shí),血液將被分為兩個(gè)層次:上層為血漿,下層為白細(xì)胞、紅細(xì)胞和粘稠物。
2、自體血漿分離
2.1 操作1離心結(jié)束后用移液管將上層血漿轉(zhuǎn)入離心管進(jìn)行密封滅活(血漿放入水浴鍋56℃滅活半小時(shí)),滅活后的血漿置于4℃冰箱半小時(shí),防止補(bǔ)體、血小板等對(duì)細(xì)胞活化產(chǎn)生影響;
2.2 取出冰箱血漿進(jìn)行再次離心,離心10分鐘,離心速度1000g左右,取上清作為自體血漿置于4℃冰箱備實(shí)驗(yàn)需用。
3、單個(gè)核細(xì)胞PBMC分離
3.1 操作1離心結(jié)束后獲得的血細(xì)胞沉淀用等體積生理鹽水重懸混勻,然后將混勻的血細(xì)胞緩慢加入到離心管中Ficoll層上(確保分層清晰);
3.2 將離心管放入離心機(jī)進(jìn)行離心處理,離心25分鐘,離心速度930g左右,離心結(jié)束后棄去上清并吸取白膜層細(xì)胞(盡量吸盡液面交界處的細(xì)胞層)
3.3 吸取到的白膜層細(xì)胞放入新的離心管,用生理鹽水重懸混勻定容至100mL并進(jìn)行離心處理,離心8分鐘,離心速度750g;
3.4 可再次洗滌細(xì)胞。棄上清,重懸細(xì)胞,吸取少量細(xì)胞計(jì)數(shù)。調(diào)整細(xì)胞密度后種瓶。
02 刺激激活
為了提高NK細(xì)胞的殺傷活性,需要在細(xì)胞培養(yǎng)基中添加一些刺激劑,如IL-2、IL-15等。IL-2和IL-15的加入可以促進(jìn)NK細(xì)胞的增殖和分化,同時(shí)提高細(xì)胞的殺傷活性。在激活NK細(xì)胞時(shí),我們將其培養(yǎng)在含有IL-2和IL-15的培養(yǎng)基中,以促進(jìn)細(xì)胞的增殖和活化。不過(guò)值得注意的是,從PBMCs誘導(dǎo)培養(yǎng)也會(huì)刺激CD3+ T和NKT(CD3+CD56+)細(xì)胞的擴(kuò)增。因此,基于異體移植可能引起的T細(xì)胞介導(dǎo)的同種異體反應(yīng)性,可以考慮提前通過(guò)磁分選消除其他免疫細(xì)胞,以便培養(yǎng)可以獲得高純度的NK細(xì)胞,這也是CAR-NK細(xì)胞制備獲得高純度細(xì)胞的關(guān)鍵。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下:
1、完全培養(yǎng)基配置:1L培養(yǎng)基加入IL-2,終濃度為 1000IU/mL。
2、細(xì)胞計(jì)數(shù):用少量完全培養(yǎng)基重懸細(xì)胞(PBMCs),吸取少量細(xì)胞計(jì)數(shù)。調(diào)整細(xì)胞密度1.5-2×106 個(gè)/mL。
3、種瓶:將細(xì)胞懸液中加入激活因子和滅活血漿,轉(zhuǎn)入培養(yǎng)瓶?jī)?nèi),培養(yǎng)終體積約 25mL(為了更有效刺激NK細(xì)胞激活,可提前采用包被液包被培養(yǎng)瓶)。
4、將培養(yǎng)瓶放入37℃、5% CO2的細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng),在培養(yǎng)期間每隔一天補(bǔ)充一次培養(yǎng)基。
5、培養(yǎng)7天后,我們將細(xì)胞懸液轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)袋繼續(xù)培養(yǎng)。
當(dāng)NK細(xì)胞被激活時(shí),檢測(cè)的維度是多樣的,可以檢測(cè)活性、殺傷毒性等等,常見的方法有以下三種:
1.流式細(xì)胞術(shù)(Flow cytometry):流式細(xì)胞術(shù)是一種常用的檢測(cè)方法,可以通過(guò)檢測(cè)表面標(biāo)記物和內(nèi)部蛋白來(lái)確定細(xì)胞類型和功能。通過(guò)使用特定的抗體,可以檢測(cè)到激活的NK細(xì)胞表面上的活化標(biāo)記物,如CD16、CD56、和CD137等。
2.細(xì)胞活性測(cè)定(Cellular cytotoxicity assay):細(xì)胞活性測(cè)定可以評(píng)估NK細(xì)胞的殺傷能力。在這種測(cè)試中,將被測(cè)細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞共同培養(yǎng),然后測(cè)量腫瘤細(xì)胞的死亡率。如果激活的NK細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞有殺傷作用,那么腫瘤細(xì)胞死亡率將會(huì)升高【2】。
3.酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA):ELISA可以檢測(cè)細(xì)胞因子和其他蛋白質(zhì)的表達(dá)水平。在NK細(xì)胞激活的情況下,細(xì)胞因子如干擾素-γ(IFN-γ)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)等會(huì)被分泌出來(lái)。通過(guò)檢測(cè)這些分泌的細(xì)胞因子水平,可以評(píng)估NK細(xì)胞的激活狀態(tài)。
Fig3:NK細(xì)胞毒性測(cè)定
03 擴(kuò)增階段
在完成刺激激活之后,NK細(xì)胞需要進(jìn)行擴(kuò)增培養(yǎng),以增加其數(shù)量和活性,以便進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用。在培養(yǎng)NK細(xì)胞時(shí),我們需要選擇合適的培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件,以促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化。最常用的培養(yǎng)基是無(wú)血清免疫細(xì)胞培養(yǎng)基,其中包含必需氨基酸、維生素和微量元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。此外,還可以添加一些生長(zhǎng)因子,如白細(xì)胞介素-2(IL-2),以促進(jìn)NK細(xì)胞的生長(zhǎng)和擴(kuò)增。在一些研究中,還會(huì)添加一些其他的細(xì)胞因子,如白細(xì)胞介素-12(IL-12)、白細(xì)胞介素-15(IL-15)、白細(xì)胞介素-18(IL-18)、白細(xì)胞介素-21(IL-21)等,以提高NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性和殺傷作用。
其中IL-2在短時(shí)間內(nèi)可促進(jìn)NK細(xì)胞的存活、并激活提高細(xì)胞毒性。主要由于IL-2刺激PBMCs可導(dǎo)致淋巴因子激活的殺傷細(xì)胞LAK數(shù)量增加(LAK前體細(xì)胞是由NK細(xì)胞和T細(xì)胞組成),因此對(duì)自體腫瘤細(xì)胞具有較高的殺傷能力;其次IL-2和IL-15聯(lián)合應(yīng)用可促進(jìn)NK細(xì)胞的增殖和活性,更有利于NK細(xì)胞的激活,特別的是IL-2和IL-15聯(lián)用可誘導(dǎo)NK細(xì)胞活化受體NKG2D、NKp44、NKp30和NKp46的表達(dá),提高其對(duì)腫瘤細(xì)胞株的細(xì)胞毒性;研究表明IL-12也可用于體外NK細(xì)胞培養(yǎng),刺激NK細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ;另外IL-12、IL-15和IL-18聯(lián)合可以誘導(dǎo)細(xì)胞因子誘導(dǎo)的記憶樣NK細(xì)胞(CIML),CIML是一種壽命長(zhǎng)、細(xì)胞毒性高、分泌IFN-γ的細(xì)胞。CIML-NK細(xì)胞已在小鼠腫瘤模型中進(jìn)行過(guò)繼免疫治療,并顯示出抗黑色素瘤和淋巴瘤的良好效果;白細(xì)胞介素-21是一種四螺旋束的細(xì)胞因子,對(duì)淋巴細(xì)胞和骨髓細(xì)胞具有多種生物學(xué)效應(yīng),能誘導(dǎo)NK細(xì)胞的成熟,并增強(qiáng)其細(xì)胞毒性,并且IL-21與IL-2或IL-15組合能誘導(dǎo)NK細(xì)胞的增殖,對(duì)NK 細(xì)胞產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。
在擴(kuò)增培養(yǎng)過(guò)程中,我們還需要注意一些關(guān)鍵的指標(biāo),如細(xì)胞密度、細(xì)胞存活率和細(xì)胞表面標(biāo)志物的表達(dá)情況等。通常,NK細(xì)胞的最佳擴(kuò)增密度為1-2×106/mL。為了保證細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化,我們需要每2-3天補(bǔ)充新的培養(yǎng)基,并添加適量的生長(zhǎng)因子和自體血漿。除了培養(yǎng)基、生長(zhǎng)因子和自體血漿之外,還需要注意細(xì)胞培養(yǎng)的溫度、濕度和二氧化碳濃度等條件。NK細(xì)胞的最佳培養(yǎng)條件為37℃、5% 二氧化碳。在擴(kuò)增培養(yǎng)過(guò)程中,我們還需要檢測(cè)細(xì)胞的活性和表面標(biāo)志物的表達(dá)情況,以確保細(xì)胞的質(zhì)量和適用性。最常用的檢測(cè)方法是流式細(xì)胞術(shù),通過(guò)特定的熒光標(biāo)記物和抗體,可以對(duì)細(xì)胞表面標(biāo)志物的表達(dá)情況進(jìn)行檢測(cè)和分析。
結(jié)語(yǔ):科學(xué)家們?yōu)榱嗽隰~龍混雜的體系之中提純出NK細(xì)胞進(jìn)行了數(shù)十年的研究,我們從上文的方法可以看出各種方法都存在自己的優(yōu)越性以及局限性,這就需要我們學(xué)會(huì)理性分析自己的需求特點(diǎn),選擇合適的提純方案,并在實(shí)踐中不斷優(yōu)化和改進(jìn)技術(shù)。我國(guó)的NK細(xì)胞療法起步雖然略慢,但是我們充分利用了產(chǎn)業(yè)模式以及廣納最新的科學(xué)技術(shù),發(fā)展出許多NK細(xì)胞提純的平臺(tái),為我國(guó)NK細(xì)胞相關(guān)研究和應(yīng)用保駕護(hù)航。在疫情陰霾完全散去的今天,我國(guó)的免疫治療領(lǐng)域正如NK細(xì)胞本身一樣,在監(jiān)管反應(yīng)和協(xié)同方面同時(shí)發(fā)力,為戰(zhàn)勝疾病貢獻(xiàn)自己的力量。
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