一种基因工程改造的干细胞来源的细胞疫苗。

A genetically engineered, stem-cell-derived cellular vaccine.

作者信息Amanda Cooper, Adam Sidaway, Abishek Chandrashekar, Elizabeth Latta, Krishnendu Chakraborty, Jingyou Yu, Katherine McMahan, Victoria Giffin, Cordelia Manickam, Kyle Kroll, Matthew Mosher, R Keith Reeves, Rihab Gam, Elisa Arthofer, Modassir Choudhry, Tom Henley, Dan H Barouch
PMID36480934
发布时间2022-12
DOI10.1016/j.xcrm.2022.100843

实验完整度

高

包括体外细胞工程和功能验证(CRISPR编辑、NK杀伤、凋亡检测)、小鼠体内安全性检测(无致瘤性)以及非人灵长类免疫原性和攻毒保护实验,实验完整度高。

主要模型

人类诱导多能干细胞(iPSC)工程化的通用疫苗细胞(UVC) 恒河猴(Macaca mulatta)模型 食蟹猴(Macaca fascicularis)模型 C57BL/6J小鼠(用于安全性评估)

重点核对

UVC疫苗剂量(107或108细胞) 免疫途径(肌内注射,无佐剂) 免疫时间表(初次免疫和加强免疫的时间点) 攻毒方式(异源Delta变异株,鼻内和气管内,剂量1.0×10^5 TCID50) 中和抗体和病毒载量检测(假病毒中和实验和sgRNA RT-PCR)

摘要

Cooper等人描述了一种基因工程改造的细胞疫苗,旨在模拟病毒感染宿主细胞后诱导的自然生理免疫。该疫苗技术具有可扩展性和多抗原性,可作为病毒感染的代表模型,诱导针对SARS-CoV-2病毒的强效且持久的抗体反应。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
开发一种能够模拟自然病毒免疫的、可扩展的、多抗原的细胞疫苗平台,其能否诱导针对SARS-CoV-2的强效且持久的保护性免疫?
核心机制
通过CRISPR基因工程敲除MHC-I并表达MICA,使UVC被NK细胞识别和杀伤,通过凋亡和NK介导的细胞裂解释放抗原,从而无需外源佐剂即可激活免疫系统,诱导抗体应答。
主要证据
在恒河猴中,108细胞剂量诱导了接近1000的中和抗体滴度,并在异源Delta攻毒后将BAL中的病毒载量降低2.81 log10,鼻腔拭子降低0.96 log10。
研究意义
该平台为未来病毒大流行提供了一种潜在的新型基因和细胞治疗预防手段。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

UVC的基因工程设计与验证

通过CRISPR基因编辑构建稳定表达SARS-CoV-2刺突蛋白、敲除MHC-I并表达MICA的iPSC细胞系,以模拟病毒感染细胞的特征。

使用CRISPR-Cas9在iPSC的AAVS1位点整合刺突基因,在ROSA位点整合MICA表达框,并敲除B2M基因。通过流式细胞术、Western blot和ELISA验证刺突蛋白表达和抗原释放。通过7-AAD染色、细胞活力、集落形成和体内致瘤性实验评估凋亡和安全性。

2

NK细胞杀伤功能验证

评估MHC-I缺失和MICA表达对NK细胞活化和杀伤UVC的影响。

将人类和食蟹猴NK细胞与UVC共培养,进行细胞毒性实验和细胞内细胞因子染色(ICS),检测CD107a、MIP-1β、IFN-γ、TNF-α等。比较MHC-I敲除和瞬时/稳定表达NKG2D配体的效果。

3

非人灵长类免疫原性评估

评估UVC在猕猴中诱导中和抗体和特异性抗体的能力。

用不同剂量(107和108)的UVC免疫食蟹猴,初免后6周加强,在多个时间点采血,通过假病毒中和实验和ELISA检测中和抗体、RBD和刺突特异性抗体。

4

异源攻毒保护实验

评估UVC疫苗对异源Delta变异株的保护效果。

用108 UVC免疫恒河猴,在初次免疫后4周加强,再过2周后进行异源Delta变异株攻毒。通过RT-PCR检测BAL和鼻拭子中的亚基因组RNA水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
玻璃粘连蛋白StemCell Technologies100-0763
mTeSR Plus培养基----
Rock抑制剂StemCell Technologies--
G418Sigma-Aldrich4727878001
嘌呤霉素Sigma-AldrichP9620
AccutaseStemCell Technologies07920_C
CryoStor-CS10冷冻液StemCell Technologies07930_C
CellDrop细胞计数器De-Novix--
Cas9蛋白IDT1081066
Neon电转仪Lonza--
Buffer P3Lonza--
DirectPCR裂解液Viagen Biotech--
蛋白酶KPromegaMC5005
GoTaq G2 PCR预混液PromegaM7823
QIAquick PCR纯化试剂盒Qiagen28104
RIPA裂解液ThermoFisher89900
蛋白酶抑制剂混合物SigmaP8340
BCA蛋白定量试剂盒ThermoFisher23225
LDS上样缓冲液ThermoFisherNP0007
Mini-PROTEAN TGX预制胶4-15%Bio-Rad4561083
PVDF膜----
Super-Signal West Femto试剂盒ThermoFisher34094
COVID-19 S蛋白ELISA试剂盒Abcamab284402
细胞提取缓冲液InvitrogenFNN0011
FITC Annexin V凋亡检测试剂盒(含7-AAD)Biolegend640922
CellTrace Yellow增殖染料Molecular Probes--
结晶紫Thermo Scientific212121000
钙黄绿素乙酰氧基甲酯(CAM)InvitrogenC3099
CD3细胞去除试剂盒Miltenyi Biotec130-050-101
RPMI 1640培养基(含Glutamax)Life Technologies--
IL-2----
IL-15----
原代细胞4D核转染试剂盒LonzaV4XP-3024
EGM2培养基Lonza--
VEG-F蛋白Peprotech100-20
Live/Dead可固定死细胞染料InvitrogenL23101
Fortessa流式细胞仪BD Bioscience--
FlowJo 10软件BD Biosciences--
Hamamatsu切片扫描仪Hamamatsu--
ReliaPrep RNA小提试剂盒PromegaZ6010
High-Capacity cDNA逆转录试剂盒Applied Biosystems4368814
Brilliant III Ultra-Fast SYBR Green qPCR预混液Agilent Technologies600882
CFX Opus实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
Nanodrop One分光光度计ThermoFisher--
AmpliCap-Max T7高产量mRNA合成试剂盒CellscriptC-ACM04037
Superscript III VILO逆转录酶Invitrogen11754050
QuantStudio 6和7 Flex实时PCR系统Applied Biosystems--
KPL TMB SureBlue底物液SeraCare5120-0075
KPL TMB终止液SeraCare5150-0022
抗猕猴IgG HRPNIH NHP Reagent Program1b3-HRP:
psPAX2包装质粒AIDS Resource and Reagent Program11348
pLenti-CMV Puro-Luc荧光素酶质粒Addgene17477
Steady-Glo荧光素酶检测试剂盒PromegaE2510
兔抗SARS-CoV-2刺突糖蛋白S1抗体Abcamab275759
山羊抗兔IgG H&L Alexa 488Abcamab150077
小鼠抗人MICA/MICB PEBiolegend320906
小鼠抗人HLA-A,B,C Alexa 647Biolegend311416
兔抗SARS-CoV-2抗体Sino Biological40591-T62
小鼠抗人β-肌动蛋白抗体Abcamab8226
山羊抗兔HRPSino BiologicalSSA003
小鼠抗人ULBP-1抗体R & D SystemsMAB1380
小鼠抗人CD107a抗体BD Biosciences561343
小鼠抗人CD3 BV421BD Biosciences562877
小鼠抗人CD14 BV650BD Biosciences563420
小鼠抗人CD16 BV496BD Biosciences612945
小鼠抗人CD20 BV570BD Biosciences741210
小鼠抗人CD56 BV605BD Biosciences742659
小鼠抗人HLA-DR APC-H7BD Biosciences561358
小鼠抗人NKG2A PE-Cy7Beckman CoulterB10246
小鼠抗人MIP-1β FITCBD Biosciences560565
小鼠抗人IFN-γ BV395BD Biosciences563563
小鼠抗人TNF-α BV650BD Biosciences563418
白细胞激活混合物BD Biosciences550583
人热灭活AB血清SigmaH3667

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
UVC细胞培养和基因工程
细胞系来源、培养基组成、培养条件、CRISPR编辑靶点和转染方法
阅读提示:STAR★Methods:Cell lines、CRISPR genetic engineering
NK细胞杀伤实验
NK细胞来源、富集方法、效靶比、孵育时间、检测指标
阅读提示:STAR★Methods:CAM cytotoxicity assay、NK cell intracellular cytokine staining assay
非人灵长类免疫实验
动物种属、年龄、免疫剂量、免疫途径、免疫时间表、检测方法和时间点
阅读提示:STAR★Methods:Animals and study design、Results 图3
攻毒保护实验
攻毒毒株、剂量、途径、病毒载量检测方法、采样时间点
阅读提示:STAR★Methods:Animals and study design、Results 图4