CN111534489A - 一种基于3d打印的t淋巴细胞扩增方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及T淋巴细胞扩增方法,尤其涉及一种基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法。该方法包括提供功能化处理的生物墨水;所述功能化处理的生物墨水包括生物墨水本体,以及结合了IL‑2、CD3抗体和CD28抗体的微载体;将T淋巴细胞与所述功能化处理的生物墨水混合,进行3D打印;将3D打印所得含T淋巴细胞的3D结构进行培养。本发明方法可以解决传统的T淋巴细胞扩增方法细胞增殖空间受限及无法对细胞的增殖形成持续、可控的刺激的技术问题,从而实现快速扩增T淋巴细胞。
Description
技术领域
本发明涉及T淋巴细胞扩增方法,尤其涉及一种基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法。
背景技术
T淋巴细胞的体内活化和增殖,需要第一信号、第二信号、第三信号的共同参与,其中第一信号指的是T淋巴细胞表面受体(TCR)与靶细胞表面组织相容性抗原(MHC)结合引发的刺激信号,第二信号指的是共刺激分子(例如,CD28-B7分子对,B7表达于抗原递呈细胞(APC)表面,CD28表达于T淋巴细胞表面)结合引发的刺激信号,第三信号指的是参与此过程调节的细胞因子。
随着过继性T淋巴细胞免疫疗法(例如,经基因工程改造的CAR-T和TCR-T细胞疗法)在临床前和临床研究中不断创造巨大的成功案例,细胞免疫疗法也为肿瘤患者提供了更大范围的治疗选择,而这些疗法都依赖于对免疫细胞的离体大量扩增,以获取足够的治疗剂量,因此,对有效的、临床相关的T淋巴细胞活化和扩增方法的需求也在不断增长。
传统的体外T淋巴细胞活化和扩增方法,主要在二维(2D)平面进行,即T淋巴细胞自然沉降在培养瓶/板/袋底部;此外,用于刺激T淋巴细胞活化和增殖的CD3抗体、CD28抗体、细胞因子(IL-2),直接加入到培养液中;其原理为:CD3与CD28抗体模拟体内抗原递呈细胞(APC)的作用,与T淋巴细胞表面的CD3、CD28分子结合,提供第一、第二信号,IL-2因子提供第三信号。其中,细胞的增殖空间取决于培养瓶/板/袋底部面积,当细胞增殖到一定密度(例如,≥2.5×106/mL),细胞活力降低,增殖受到抑制,因此,每2~3天需进行一次密度调整,方可进行后续扩增培养。近年来,为了提升单位空间内T淋巴细胞的增殖能力,在培养系统的设计上进行了一些改进。例如,G-Rex悬浮细胞透气培养系统,通过增加培养液液面高度,底面透气膜设计,从而增加单位空间内的细胞养分,良好的对流环境,使得溶液中的溶质(例如,CD3和CD28抗体、IL-2)通过自然对流与细胞更充分地接触,氧气交换更充分,二氧化碳及时排出。
发明内容
本发明提供一种T淋巴细胞扩增方法,可以解决传统的T淋巴细胞扩增方法细胞增殖空间受限及无法对细胞的增殖形成持续、可控的刺激的技术问题,从而实现快速扩增T淋巴细胞。
一种基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法,包括:
提供功能化处理的生物墨水;所述功能化处理的生物墨水包括生物墨水本体,以及结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体;
将T淋巴细胞与所述功能化处理的生物墨水混合,进行3D打印;及
将3D打印所得含T淋巴细胞的3D结构进行培养。
本发明中,所述生物墨水是指可用于3D打印的墨水。本发明可采用本领域常规生物墨水。
在本发明一些实施例中,所述生物墨水选自甲基丙烯酰化明胶(GelMA)、透明质酸(HA)、壳聚糖、琼脂糖、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)或丝素蛋白。
本发明采用的功能化处理的生物墨水,至少具有如下技术效果:
(1)使T淋巴细胞在3D结构中生长,增加了T淋巴细胞垂直方向上的增殖空间;
(2)将T淋巴细胞、结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体,同时装载于所述生物墨水中,微载体为T淋巴细胞提供更为稳定、持续、可控的第一、第二和第三信号;
(3)3D打印成型后的支架结构,有利于细胞获得充分的氧气和养分;从而极大促进T淋巴细胞在生物墨水中的快速扩增。
本发明中,IL-2即Interleukin-2,是一种白介素,是免疫系统中促进T淋巴细胞存活、增殖和活化的一类细胞生长因子。
在本发明一些实施例中,所述结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体,该微载体为纳米-微米级的微球,其原料可选自甲基丙烯酰化明胶(GelMA)、透明质酸(HA)、壳聚糖、琼脂糖、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)或丝素蛋白等,可用这些原料通过乳化法制备;或市售购得。
在本发明一些实施例中,所述结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体,该微载体的直径在1微米左右。
在本发明一些实施例中,所述功能化处理的生物墨水中,CD3抗体和CD28抗体的浓度比例为1:1。
在本发明一些实施例中,所述功能化处理的生物墨水中,IL-2的浓度为30-500U/mL,优选浓度为100-300U/mL。
在本发明一些实施例中,所述功能化处理的生物墨水中,CD3抗体和CD28抗体浓度分别为1-30ng/mL,优选浓度分别为10-20ng/mL。
在本发明一些实施例中,所述结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体与T淋巴细胞的数量比为3:1-1:3,优选比例为1:1。
在本发明一些实施例中,选用以上浓度或比例范围,培养7-12天后,3D培养扩增得到的T淋巴细胞数量是2D培养的2-10倍,显著优于2D培养。
在本发明一些实施例中,将生物墨水与所述结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体混合均匀即可制得所述功能化处理的生物墨水。
在本发明一些实施例中,将T淋巴细胞与所述功能化处理的生物墨水混合后,控制混合体系中T淋巴细胞的浓度范围为0.5-2.5×106/mL,例如0.5×106/mL、1×106/mL、1.5×106/mL或2.5×106/mL。
研究表明,细胞密度对于T淋巴细胞扩增能力具有重要意义。将T淋巴细胞维持在上述较低的密度有利于维持细胞的生长、存活和增殖。
在本发明一些实施例中,T淋巴细胞来源包括:小鼠脾淋巴细胞、小鼠淋巴结淋巴细胞、正常人外周血单个核细胞(PBMC)、工程化修饰后的T淋巴细胞(CAR-T、TCR-T),通过常规的分离、分选方案(例如,机械研磨、酶消化、非连续梯度离心、流氏分选)获得T淋巴细胞。
在本发明一些实施例中,所述T淋巴细胞为小鼠脾脏来源的T淋巴细胞,其为机体适应性免疫中负责杀伤肿瘤细胞的主要免疫细胞。
在本发明一些实施例中,是将T淋巴细胞与已功能化处理的生物墨水混合,通过挤出式打印进行3D打印。关于所用3D打印设备及打印方法可参考现有技术,本发明不做特别限制。
在本发明一些实施例中,将3D打印所得含T淋巴细胞的3D结构置于G-Rex透气型培养系统中培养,其优点在于为结构中不断扩增的T淋巴细胞,提供充足的养分,充分的氧气交换,代谢产生的二氧化碳及时排出。
在本发明一些实施例中,培养T淋巴细胞所使用的培养基为淋巴细胞培养专用培养基。本领域技术人员可根据需要选择这些培养基,例如市售购得。
在本发明一些实施例中,将3D打印所得含T淋巴细胞的3D结构培养7~12天。
研究发现,采用本发明T淋巴细胞扩增方法,在保证T淋巴细胞表型和功能的前提下,细胞扩增速度显著优于2D(二维)层面培养的扩增速度。
研究发现,经上述方法所得3D打印结构可以为T淋巴细胞扩增提供充分的增殖空间、氧气和养分供给。并且该3D打印结构经过功能化处理,使T淋巴细胞与信号分子稳定接触,可以为结构中T淋巴细胞的增殖提供持续、可控的刺激信号,从而有利于显著提高细胞扩增速度。
本发明还包括上述方法培养所得T淋巴细胞。
有益效果
本发明方法可以快速扩增得到大量T淋巴细胞。快速扩增得到大量T淋巴细胞,是细胞免疫治疗中亟待解决的一个问题。现有的T淋巴细胞扩增方法主要在2D层面进行,T淋巴细胞自然沉降在培养容器底部,细胞增殖空间受限;信号刺激分子(抗体和因子)直接加入培养液中,或预包被于培养器皿底面,信号分子的释放不可控。而本发明通过T淋巴细胞3D打印扩增得到的T淋巴细胞,耗时短,7~12天内获得的细胞量显著高于传统T淋巴细胞扩增方法得到的细胞量。本发明方法为过继细胞免疫治疗,提供一种更为快速、有效的T淋巴细胞扩增途径。
附图说明
图1表示本发明实施例结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体及功能化处理的生物墨水的制备流程示意图;
图2表示本发明实施例基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件,或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
以下所用3D打印设备为SUNP BioMaker(上普博源生物科技有限公司)。
以下所用T淋巴细胞为小鼠脾淋巴细胞,其获取方法:小鼠脾脏组织取材,机械研磨法结合密度梯度离心法,流氏细胞分选仪分选出T淋巴细胞群。
以下实施例中,结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体及功能化处理的生物墨水的制备流程参见示意图1。
以下实施例中,基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法参见示意图2。
实施例1
1.制备功能化处理的生物墨水
如图1所示,乳化法制备GelMA(w/v,10%)微球,选取直径1微米左右的GelMA微球,表面偶联CD3抗体和CD28抗体,内部负载IL-2分子,其中IL-2浓度为300U/mL,CD3抗体和CD28抗体浓度分别为10ng/mL。
生物墨水中微载体的数量,依据T淋巴细胞数量进行调整,微载体与T淋巴细胞数量比保持1:1。
2.将T淋巴细胞与所述功能化处理的生物墨水混合,控制混合体系中T淋巴细胞的浓度为1×106/mL;
进行3D打印,边打印边固化交联,之后在G-Rex透气型培养系统中培养12天;所使用的培养基为淋巴细胞培养专用培养基。
实施例2
与实施例1相比,区别仅在于生物墨水中T淋巴细胞初始浓度为2.5×106/mL。
实施例3
与实施例1相比,区别仅在于生物墨水中T淋巴细胞初始浓度为0.5×106/mL。
对比例1
与实施例1的区别仅在于:所用生物墨水中不含结合了IL-2、CD3和CD28抗体的微载体,仅含生物墨水本体和T淋巴细胞。
对比例2
与实施例1的区别仅在于:将IL-2、CD3和CD28抗体直接加入到生物墨水中进行3D打印,而非结合在微载体上。
对比例3 2D培养
与实施例1的区别仅在于:不采用生物墨水进行3D打印,而是仅将T淋巴细胞直接悬浮培养于培养液中(T淋巴细胞的初始浓度为1×106/mL);不将IL-2、CD3和CD28抗体结合在微载体上,而是直接加入到培养液中。
实验结果
以上实施例1-3及对比例1-3方法T淋巴细胞扩增倍数及细胞存活率(%)见下表1。
表1
注:扩增倍数指培养12天后的细胞数目除以初始细胞数目。
结果表明,对比例1中的T淋巴细胞,当培养2-3天时,T淋巴细胞发生皱缩、死亡,无法进行后续培养;培养12天后,细胞存活率为10%,T淋巴细胞几乎全部凋亡。对比例2中的T淋巴细胞,当培养5-7天时,T淋巴细胞增殖速度减慢,且细胞存活率下降。对比例3中的T淋巴细胞,当培养2-3天时,T淋巴细胞增殖空间受限,增殖速度减慢,且细胞存活率下降。实施例1-3的扩增倍数及细胞存活率显著优于对比例2和3。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法,包括:
提供功能化处理的生物墨水;所述功能化处理的生物墨水包括生物墨水本体,以及结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体;
将T淋巴细胞与所述功能化处理的生物墨水混合,进行3D打印;及
将3D打印所得含T淋巴细胞的3D结构进行培养。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法,其中,所述生物墨水选自甲基丙烯酰化明胶、透明质酸、壳聚糖、琼脂糖、聚乙二醇、聚乙烯醇或丝素蛋白。
3.根据权利要求1或2所述的基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法,其中,所述结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体为纳米-微米级的微球;
可选地,所述结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体的直径在1微米左右。
4.根据权利要求1或2所述的基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法,其中,所述结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体的原料可选自甲基丙烯酰化明胶、透明质酸、壳聚糖、琼脂糖、聚乙二醇、聚乙烯醇或丝素蛋白。
5.根据权利要求1或2所述的基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法,其中,所述功能化处理的生物墨水中,CD3抗体和CD28抗体的浓度比例为1:1。
6.根据权利要求1或2所述的基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法,其中,所述功能化处理的生物墨水中,IL-2的浓度为30-500U/mL,优选浓度为100-300U/mL;和/或,
所述功能化处理的生物墨水中,CD3抗体和CD28抗体浓度分别为1-30ng/mL,优选浓度分别为10-20ng/mL。
7.根据权利要求1或2所述的基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法,其中,所述结合了IL-2、CD3抗体和CD28抗体的微载体与T淋巴细胞的数量比为3:1-1:3,优选比例为1:1。
8.根据权利要求1或2所述的基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法,其中,将T淋巴细胞与所述功能化处理的生物墨水混合后,控制混合体系中T淋巴细胞的浓度范围为0.5-2.5×106/mL,例如0.5×106/mL、1×106/mL、1.5×106/mL或2.5×106/mL。
9.根据权利要求1或2所述的基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法,其中,将3D打印所得含T淋巴细胞的3D结构置于G-Rex透气型培养系统中培养。
10.根据权利要求1或2所述的基于3D打印的T淋巴细胞扩增方法,其中,将3D打印所得含T淋巴细胞的3D结构培养7~12天。
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