CN112501104B - 基因工程细菌及其在淋巴细胞扩增中的应用 - Google Patents

基因工程细菌及其在淋巴细胞扩增中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及细胞培养技术领域,尤其涉及基因工程细菌及其在淋巴细胞扩增中的应用。本发明利用异体原核生物作为滋养层细胞,通过基因工程手段获表达CD137L、IL21和CD4中至少一种蛋白的基因工程细菌,将该基因工程细菌表达用于扩增淋巴细胞,具有扩增效率高、安全性好的优点,且成本更低。实现结果表明,利用本发明基因工程细菌扩增纯化的NK细胞或未经纯化的淋巴细胞,NK细胞14天分别增长25892.99倍、30150.22倍。其中,对未经纯化的淋巴细胞进行培养,获得NK细胞的纯度达98.5%,显著优于传统因子培养以及现有滋养细胞技术的培养效果。

Description

基因工程细菌及其在淋巴细胞扩增中的应用
技术领域
本发明涉及细胞技术领域,尤其涉及基因工程细菌及其在淋巴细胞扩增中的应用。
背景技术
NK细胞(自然杀伤细胞,Natural Killer Cell)又称为大颗粒性淋巴细胞。和γδT细胞,NKT细胞在形式和功能上行使着连接获得性免疫和固有免疫桥梁的作用。一方面,当机体发生感染及创伤时,NK细胞以防御者的身份通过非肽-MHC的识别方式快速,广泛,特异地识别抗原,及时地清除病原微生物,变异细胞,发挥固有免疫的作用。另一方面NK细胞被认为也部分参与了适应性免疫应答,能够影响αβT细胞和B细胞的效应功能。
在肿瘤的发生发展过程中,NK细胞既可以通过活化性受体直接识别肿瘤细胞并被活化,也可以被辅助细胞(单核细胞,巨噬细胞,树突状细胞等)活化。这些辅助细胞通过其模式识别受体来应答内外环境的变化,再通过分泌多种可溶性因子或直接接触的方式将信号传导给NK细胞。在人类,已经证实存在的可溶性因子有IL12,IL-18,typeI IFN,TNF-α等;直接接触的分子有GITRL/GITR,CD48/2B4,MICA or MICB or ULBP1-ULBP3/NKG2D,AICL/NKp80等。基于以上原理在体外扩增活化的NK细胞对肿瘤细胞显示出良好的杀伤活性,并应用于肿瘤生物治疗中。
目前制约NK细胞的临床应用的主要障碍之一就是难以得到足够数量的NK细胞。如何在体外实现NK细胞大规模扩增是目前NK细胞治疗的关键问题。外周血中NK细胞仅占很小的部分。而肿瘤病人的外周血中往往NK细胞的数量和活性有明显的下降。不同人NK细胞的性质有很大差异。应用嵌合抗原受体(CAR)修饰NK细胞来治疗肿瘤也对NK细胞数量有很高要求。有所以寻找高效的个性化的NK细胞大规模扩增方法对NK细胞的临床应用有重大意义。
近年,人工抗原提呈细胞(使用基因工程技术制作的滋养层细胞)越来越多的用于NK细胞的体外扩增。比如把膜结合IL15和4-1BBL导入K562细胞,这种方法得到的人工抗原提呈细胞可以将NK细胞在21天平均扩增277倍。把MICA和4-1BBL导入K562细胞,并加以IL15刺激NK细胞可在24天平均扩增550倍.把mIL21,4-1BBL,CD64,CD86,tCD19导入K562细胞,这种方法得到的人工抗原提呈细胞可以将NK细胞3周平均扩增一万倍以上.
现有技术ZL201310053084.0:使用跨膜IL21、CD14、CD19、CD86和CD137的混合物与IL2共同作用扩增激活淋巴细胞,其中跨膜IL21为IL21与CD8α的胞外结构域相连而成的复合物,该复合物为K562工程细胞。
利用细胞因子在体外与NK细胞共培养,扩增效果有限,基本不能得到临床所需的效应细胞。而利用滋养细胞的方法扩增NK细胞虽然能得到较高质量的效应细胞,但是现有技术的滋养细胞都是采用肿瘤细胞,虽然经过辐照,但是进入人体后依然被担心存在一定的风险。
益生菌为一类对人体有益的活性微生物,定植于人体口腔、肠道、生殖系统内,能产生确切健康功效从而改善宿主微生态平衡、发挥对肠道有益作用。目前尚未发现将细菌为滋养层细胞用于淋巴细胞的扩增、培养的报道。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种基因工程细菌及其在淋巴细胞扩增中的应用。本发明利用异体细菌替代K562作为滋养层细胞扩增淋巴细胞,具有扩增效率高、安全性好的优点,且成本更低。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了表达CD137L、IL21和CD4中至少一种蛋白的基因工程细菌。
其中,所述细菌包括益生菌和条件致病菌。
一些实施方案中,所述益生菌包括乳酸菌、双歧杆菌,所述条件致病菌为大肠杆菌。
一些具体实施例中,所述乳酸菌为口乳杆菌。
本发明还提供了所述基因工程细菌在淋巴细胞扩增中的应用。
进一步的,所述淋巴细胞具体为NK细胞。
本发明还提供一种淋巴细胞的扩增方法,利用本发明所述的基因工程细菌扩增淋巴细胞。
一些实施方案中,淋巴细胞的扩增方法具体包括:
步骤1:构建CD137L、IL21和CD4中至少一种蛋白的重组载体,转化细菌,获得基因工程细菌;
步骤2:将淋巴细胞接种到KBM581培养液中,依次白细胞介素2、加入自体血浆和所述基因工程益生菌共培养。
一些实施方案中,所述淋巴细胞的接种浓度为2×103-2×1010cell/mL。一些具体实施例中,所述淋巴细胞的接种浓度为2×107cell/mL。
一些实施方案中,以体积百分比计,所述自体血浆的体积百分含量为1-10%。一些具体实施例中,所述自体血浆的体积百分含量为1%、5%或10%。
一些实施方案中,所述步骤2还包括每周补加一次基因工程细菌的步骤。一些具体实施例中,所述补加的时间具体为:于第7天补加一次,或在第7天、第14天各补加一次。
本发明利用异体原核生物细菌替代K562作为滋养层细胞,通过基因工程手段获表达CD137L、IL21和CD4中至少一种蛋白的基因工程细菌,将该基因工程细菌表达用于扩增淋巴细胞,具有扩增效率高、安全性好的优点,且成本更低。实现结果表明,利用本发明基因工程细菌扩增纯化的NK细胞或未经纯化的淋巴细胞,NK细胞14天分别增长25892.99倍、30150.22倍。其中,对未经纯化的淋巴细胞进行培养,获得NK细胞的纯度达98.5%,显著优于传统因子培养以及现有滋养细胞技术的培养效果。
附图说明
图1示使用不同方法对提纯后的NK细胞进行培养,14天内的NK细胞扩增倍数比较图;
图2示使用不同方法对PBMC进行培养,14天内的NK细胞扩增倍数比较图;
图3示本发明扩增方法对NK细胞扩增14天的纯度图;
图4示本发明扩增方法扩增后的NK细胞的存活率。
具体实施方式
本发明提供了基因工程细菌及其在淋巴细胞扩增中的应用。本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
本发明采用的试材皆为普通市售品,皆可于市场购得。
下面结合实施例,进一步阐述本发明:
实施例1本发明益生菌工程细胞的制备
1、构建表达CD137L基因的重组质粒;
PCR扩增CD137L基因,将CD137L基因克隆至同一载体中,获得表达CD137L的重组质粒。
2、重组质粒转染细胞株
材料:细胞株、重组质粒、培养基、链霉素/青霉素(双抗)、FCS(小牛血清)、PBS(磷酸盐缓冲溶液)、胰酶/EDTA消化液、转染试剂(Lipofectamine TM2000)。
2.1准备细胞
贴壁细胞:转染前24h,在500μL无双抗完全培养基中接种0.5-2×105个细胞,转染时细胞融合度为80-90%。(注:铺板时要将细胞消化完全混匀,避免细胞堆积生长。)
2.2对于每个转染样品,按下面的方法准备:
(1)用50μL Opti-MEM稀释0.8μg质粒DNA,轻轻吹吸3-5次混匀,室温下静置5min。
(2)轻轻颠倒混匀转染试剂,用50μL Opti-MEM稀释2.0μL LipofectamineTM2000,轻轻吹吸3-5次混匀,室温下静置5min。
(3)混合转染试剂和质粒DNA稀释液,轻轻吹吸3-5次混匀,室温下静置20min。注:转染复合物一旦形成,应立即加入培养皿中进行细胞转染。
(4)转染复合物加入到24孔细胞板中,100μL/孔,前后轻摇细胞板混合均匀。
(5)将细胞板置于37℃、5%CO2培养箱中培养6h左右,进行换液,换成含10%血清的普通培养基,在37℃,5%CO2孵育箱中继续培养24h左右。
2.3稳定转染细胞株的筛选
从37℃,5%CO2孵育箱中取出培养皿,弃去含转染试剂的培养基,用PBS冲洗细胞2遍,胰蛋白酶消化,接种1/2的细胞到100mm培养皿中,加入含500μg/ml G418的新鲜培养基,每2-3天更换一次新的筛选培养基,每天观察细胞的死亡情况。当正常细胞完全死亡后,换用新的不含G418的培养基培养。每天观察细胞生长状态。在细胞达到60%汇合率时再用含500μg/ml G418的培养基筛选一次。当细胞达到90%以上汇合率时将细胞转移至培养瓶中继续培养(转染后10-12天左右)。以后每隔4-5天再用含500μg/ml G418的培养基筛选。直到稳定表达转染质粒的细胞达到一定数量后收集菌体,获得本发明基因工程益生菌(约转染后15天左右)。注:以后继续培养时加入的G418浓度降一半。
实施例2比较不同扩增方法对纯化后的NK细胞的扩增倍数和纯度的影响
将健康捐献人的NK细胞(或PBMC)接种至KBM581培养液中,依次加入白细胞介素2、5%的自体血浆。分别在第0天,第7天,第14天向培养液中加入实施例1制备的L21-CD137L-CD4-口乳杆菌后共同培养。以IL21-4-1BB-CD4-K562复合物、IL21-4-1BB-K562复合物和目前常见的扩增效果较好的因子试剂盒作为对照,记录并计算NK细胞的扩增倍数,结果见图1。
结果显示,NK细胞在IL21-CD137L-CD4-口乳杆菌和低剂量白介素2的共同作用下,数量显著增加,14天时约增长了25892.99倍,扩增效果明显强于IL21-4-1BB-K562细胞和常见的扩增效果较好的因子试剂盒。
实施例3测试不同扩增方法直接对PBMC进行培养,比较培养14天内的NK细胞扩增倍数、纯度和存活率
将健康捐献人的PBMC接种至KBM581培养液中,加入1-10%的自体血浆。分别在第0天,第7天,第14天向培养液中加入实施例1制备的L21-CD137L-CD4-口乳杆菌后共同培养。以IL21-4-1BB-CD4-K562复合物、IL21-4-1BB-K562复合物和常见的扩增效果较好的因子试剂盒作为对照。记录并计算NK细胞的扩增倍数,结果见图2。通过流式细胞仪检测NK细胞的纯度,结果见图3。细胞存活率见图4。
结果显示,NK细胞在IL21-CD137L-CD4-口乳杆菌和低剂量白介素2的共同作用下,数量显著增加,14天时约增长了30150.22倍,扩增效果明显优于IL21-4-1BB-K562细胞和常见的扩增效果较好的因子试剂盒。通过流式细胞仪检测NK细胞纯度(CD3-CD56+)为98.5%,因子试剂盒扩增纯度一般为30-80%,平均为50%,极限为83%,K562滋养细胞方法一般为75-95%,平均为88%。
由图4可知,PBMC细胞在IL21-CD137L-CD4-口乳杆菌和低剂量白介素2的共同作用下,NK细胞存活率达93.86%。
以上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来说,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,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.表达CD137L、IL21和CD4的基因工程细菌;
所述细菌为益生菌;
所述益生菌为口乳杆菌。
2.权利要求1所述的基因工程细菌在NK细胞扩增中的应用。
3.一种NK细胞的扩增方法,其特征在于,利用权利要求1所述的基因工程细菌扩增NK细胞。
4.根据权利要求3所述的扩增方法,其特征在于,包括:
步骤1:构建表达CD137L、IL21和CD4的重组载体,转化口乳杆菌,获得基因工程细菌;
步骤2:将NK细胞接种到淋巴细胞基础培养基中,依次加入白细胞介素2、自体血浆和所述基因工程细菌共培养。
5.根据权利要求4所述的扩增方法,其特征在于,所述淋巴细胞基础培养基为KBM581培养液。
6.根据权利要求4所述的扩增方法,其特征在于,所述NK细胞的接种浓度为2×103-2×1010cell/mL。
7.根据权利要求5所述的扩增方法,其特征在于,所述自体血浆的添加量为所述淋巴细胞基础培养基体积的1~10%。
8.根据权利要求4所述的扩增方法,其特征在于,所述步骤2还包括每周补加一次基因工程细菌的步骤。
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人源CD137L 基因在不同表达系统中表达效率的比较;何东洋等;《生物技术通报》;20141231(第8期);第178-183页,参见全文,尤其是摘要 *
具有潜在免疫调节功能Lactobacillus菌株的体外筛选及作用机理研究;妥彦峰;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士) 基础科学辑》;20110715;A006-82,参见全文,尤其是第61页第2段-第76页第5段 *

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