在模拟当前和未来临床试验的小鼠肿瘤模型中,靶向人EGFR的近红外光免疫治疗

Near-infrared photoimmunotherapy targeting human-EGFR in a mouse tumor model simulating current and future clinical trials.

作者信息Ryuhei Okada, Aki Furusawa, Daniel W Vermeer, Fuyuki Inagaki, Hiroaki Wakiyama, Takuya Kato, Tadanobu Nagaya, Peter L Choyke, William C Spanos, Clint T Allen, Hisataka Kobayashi
PMID33933782
发布时间2021-05
DOI10.1016/j.ebiom.2021.103345

实验完整度

包含体外细胞杀伤实验、体内荷瘤模型、流式细胞术、免疫组化、四聚体分析、CD8+细胞耗竭实验、记忆免疫再挑战实验等多层级验证。

主要模型

mEERL-hEGFR细胞系 C57BL/6小鼠皮下荷瘤模型

重点核对

mEERL-hEGFR细胞系,hEGFR表达验证(RT-PCR、免疫荧光、流式) NIR光剂量:690 nm,150 mW/cm2,50 J/cm2 APC剂量:pan-IR700或抗CD25-F(ab′)2-IR700为50 μg/只(联合组)或100 μg/只(单药组) 治疗时间:肿瘤接种后第6天静脉注射APC,随后进行NIR光照射

摘要

背景:近红外光免疫治疗(NIR-PIT)是一种癌症治疗方法,使用抗体-光吸收剂(IRDye700DX,IR700)偶联物(APCs),其与靶细胞结合并被近红外光光激活,诱导快速坏死性细胞死亡。靶向人表皮生长因子受体(hEGFR)的NIR-PIT已被证明能摧毁表达hEGFR的人肿瘤细胞,并在免疫缺陷小鼠模型中有效。NIR-PIT还可靶向肿瘤微环境中的细胞,例如,CD25靶向的NIR-PIT可用于选择性清除肿瘤内的调节性T细胞(Tregs)。本研究旨在评估在新建立的表达hEGFR的鼠口咽细胞系(mEERL-hEGFR)中,hEGFR和CD25靶向的NIR-PIT联合治疗的效果。方法:帕尼单抗偶联IR700(pan-IR700)作为NIR-PIT的癌细胞导向组分,抗CD25-F(ab′)2-IR700作为NIR-PIT的肿瘤微环境导向组分。使用荷瘤小鼠在四组中评估疗效:(1)非治疗组(对照),(2)基于pan-IR700的NIR-PIT(pan-PIT),(3)基于抗CD25-F(ab′)2-IR700的NIR-PIT(CD25-PIT),(4)pan-IR700和抗CD25-F(ab′)2-IR700联合NIR-PIT(联合PIT)。结果:联合PIT组显示出最大的肿瘤生长抑制。癌细胞的破坏可能引发免疫反应,该反应因肿瘤微环境中Tregs的缺失而放大。解释:联合hEGFR和CD25靶向的NIR-PIT是治疗表达hEGFR且Treg细胞发挥免疫抑制作用的癌症的一种有前景的方法。

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
联合hEGFR和CD25靶向的NIR-PIT在免疫活性小鼠模型中,对表达hEGFR的肿瘤是否比单药治疗更有效?
核心机制
hEGFR靶向NIR-PIT诱导癌细胞免疫原性死亡,释放肿瘤相关抗原;CD25靶向NIR-PIT清除肿瘤内Tregs,解除免疫抑制,从而增强CD8+ T细胞介导的抗肿瘤免疫反应。
主要证据
在mEERL-hEGFR皮下荷瘤模型中,联合PIT显著抑制肿瘤生长,增加CD8+ T细胞浸润和CD8+/Treg比率,提高肿瘤特异性四聚体阳性CD8+ T细胞百分比,且联合PIT治愈的小鼠能排斥肿瘤再接种。
研究意义
该研究提供了一种可行的联合NIR-PIT策略,通过同时靶向癌细胞和肿瘤内Tregs,为治疗hEGFR表达且Tregs浸润的癌症提供了新方法。

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

建立mEERL-hEGFR细胞系

生成表达hEGFR的鼠源口腔癌细胞系,用于模拟临床hEGFR靶向NIR-PIT的模型。

通过逆转录病毒转导将hEGFR转入mEERL细胞,经zeocin筛选和单克隆化,选择hEGFR表达克隆。通过RT-PCR和免疫荧光验证表达,并在体内确认hEGFR表达。

2

体外验证pan-IR700的特异性结合和细胞毒性

确认pan-IR700特异性结合mEERL-hEGFR细胞,并评估NIR-PIT的体外杀伤效果。

流式细胞术检测pan-IR700与细胞的结合(竞争抑制实验验证特异性);显微镜观察NIR-PIT后的细胞形态变化;PI染色流式定量分析细胞死亡率。

3

体内评估pan-PIT的抗肿瘤效果

在mEERL-hEGFR荷瘤小鼠中评估hEGFR靶向NIR-PIT的疗效。

建立皮下肿瘤模型,静脉注射pan-IR700,进行NIR光照射,监测肿瘤生长和生存期;检测700nm荧光评估药物积累和光漂白。

4

分析肿瘤内CD25表达以评估CD25-PIT的针对性

确定CD25在肿瘤浸润淋巴细胞中的表达模式,以预测CD25靶向NIR-PIT的选择性。

通过流式细胞术分析mEERL-hEGFR肿瘤中CD25在CD4+ T细胞亚群、CD8+ T细胞、NK细胞等中的表达。

5

评估联合NIR-PIT的体内疗效

比较联合PIT与单药PIT对肿瘤生长和生存期的影响。

将荷瘤小鼠随机分为对照组、pan-PIT组、CD25-PIT组和联合PIT组,给予相应APC和NIR光照,监测肿瘤生长、生存期、肿瘤清除率,并分析治疗后1小时肿瘤组织学变化及Treg耗竭。

6

分析治疗后免疫反应

评估联合NIR-PIT对抗肿瘤免疫反应的影响,包括CD8+ T细胞浸润、记忆T细胞分化和肿瘤特异性T细胞。

治疗7天后,通过多重免疫组化分析肿瘤内CD8+ T细胞密度;流式分析引流淋巴结中CD8+ T细胞亚群(TCM等);四聚体检测肿瘤特异性CD8+ T细胞(E7和p15E)。

7

验证免疫记忆

检验联合NIR-PIT是否诱导长期免疫记忆。

将联合PIT治愈的小鼠(10周后)对侧再接种mEERL-hEGFR细胞,观察肿瘤是否被排斥。

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
IR700-NHS酯LI-COR Biosciences929-70011
帕尼单抗AmgenRRID AB_2459650
抗小鼠CD25抗体(克隆PC-61.5.3)Bio X CellBE0012
Sephadex G25柱(PD-10)GE Healthcare--
In-Fusion HD克隆试剂盒Clontech102518
Polyfect转染试剂Qiagen301107
DMEM/F-12培养基Thermo Fisher Scientific1320033
胎牛血清Thermo Fisher Scientific16000044
青霉素/链霉素Thermo Fisher Scientific15140122
人角质形成细胞生长添加物Thermo Fisher ScientificS0015
胰蛋白酶Thermo Fisher Scientific15400054
抗人IgG-PEThermo Fisher Scientific12-4998-82
FACSLyric流式细胞仪BD Biosciences--
FlowJo软件BD Biosciences--
ML7710激光系统Modulight--
IX81显微镜Olympus America--
Pearl成像仪LI-COR Bioscience--
IV型胶原酶Thermo Fisher Scientific17104019
DNase IMillipore Sigma11284932001
70 μm细胞筛网Corning431751
抗CD3e抗体(克隆145-2C11)Biolegend100306
抗CD8α抗体(克隆53-6.7)Biolegend100734
抗CD31抗体(克隆390)Biolegend102420
抗CD45抗体(克隆30F-11)Biolegend103108
抗hEGFR抗体(克隆AY13)Biolegend352903
抗CD4抗体(克隆RM4-5)Thermo Fisher Scientific14-0042-85
抗CD25抗体(克隆PC61.5)Thermo Fisher Scientific17-0251-82
抗CD44抗体(克隆IM7)Thermo Fisher Scientific12-0441-83
抗CD62L抗体(克隆MEL-14)Thermo Fisher Scientific17-0621-82
抗NK1.1抗体(克隆PK136)Thermo Fisher Scientific45-5941-82
LIVE/DEAD可固定死细胞染料Thermo Fisher ScientificL-34974
可固定活力染料Thermo Fisher Scientific65-0866-14
Foxp3转录因子染色缓冲液套装Thermo Fisher Scientific00-5523-00
抗Foxp3抗体(克隆FJK-16s)Thermo Fisher Scientific17-5773-82
FACSCalibur流式细胞仪BD Biosciences--
抗小鼠CD16/32抗体(克隆93)Biolegend101301
iTag H-2Db HPV 16 E7四聚体MBL InternationalTB-5008-1
H-2Kb p15E四聚体MBL InternationalTB-M507-1
H-2Kb Ova四聚体MBL InternationalTB-5001-1
抗小鼠CD45.2抗体(克隆104)Biolegend109815
抗CD8抗体(克隆KT15)MBLD271-A64
SYTOX蓝色染料Thermo Fisher ScientificS34857
西妥昔单抗Eli Lilly & Co.--
AlexaFluor 488二抗InvitrogenA11013
抗hEGFR抗体(克隆EGFR.1)BD Biosciences555996
抗活化hEGFR抗体(克隆13/EGFR)BD Biosciences610025
抗CD8抗体(克隆EPR20305)Abcamab209775
抗CD4抗体(克隆EPR 19514)Abcamab221775
抗Foxp3抗体(克隆1054C)Novus BiologicalsMAB8214
抗泛细胞角蛋白抗体(兔多克隆)Bioss Antibodiesbs-1712R
抗小鼠CD8抗体(克隆YTS 169.4)Bio X CellBE0117
大鼠IgG2b同型对照(克隆LTF-2)Bio X CellBE0090
GraphPad Prism软件GraphPad Software--
DAPI----

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
细胞系建立
mEERL-hEGFR细胞克隆的选择标准(hEGFR表达水平),zeocin筛选浓度(500 μg/mL),培养条件(DMEM/F-12+10% FBS等)。
阅读提示:Methods 2.3 Cell lines
APC合成
抗体与IR700 NHS酯的摩尔比(5倍摩尔过量),反应时间(1小时),pH(8.5),纯化方式(Sephadex G25柱)。
阅读提示:Methods 2.1-2.2 Reagents, APC合成
体外NIR-PIT
pan-IR700浓度(10 μg/mL),孵育时间(1小时),NIR光参数(690 nm,150 mW/cm2,0-64 J/cm2),细胞数量(2×10^4或3×10^5)。
阅读提示:Methods 2.5 In vitro NIR-PIT
动物模型
小鼠品系(C57BL/6,6-8周龄雌性),细胞接种量(1×10^6),接种部位(右侧背部),肿瘤体积测量公式(长径×短径^2×0.5)。
阅读提示:Methods 2.6 Animals and tumor models
体内NIR-PIT
APC注射剂量(pan-IR700或抗CD25-F(ab′)2-IR700:单药100 μg,联合50 μg/只),注射时间(肿瘤接种后第6天),NIR光参数(690 nm,150 mW/cm2,50 J/cm2),治疗次数(2次)。
阅读提示:Methods 2.8 In vivo NIR-PIT; 结果图3(a)
免疫分析
肿瘤消化用胶原酶IV浓度(1 mg/mL)和DNase I浓度(20 μg/mL),流式抗体克隆和浓度,四聚体种类和浓度,多重免疫荧光染色抗体稀释比例。
阅读提示:Methods 2.9-2.11 Flow-cytometric analysis, Tetramer assay, Multicolor immunofluorescence staining