CN116716342A - 一种adcc功能增强的nk细胞的制作方法、nk细胞及其组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及细胞技术领域,具体涉及一种ADCC功能增强的NK细胞的制作方法、NK细胞及其组合物。通过至少一种质粒载体将编码后的CD16基因序列导入iPSC并最终分化为NK细胞,所获得的NK细胞具有增强的细胞表型及ADCC效果。
Description
技术领域
本发明属于细胞技术领域,具体涉及到一种ADCC功能增强的NK细胞的制作方法、NK细胞及其组合物。
背景技术
NK细胞是一种具有肿瘤细胞杀伤能力的天然免疫细胞类型,在肿瘤免疫细胞治疗领域有着重要的应用。按照来源分类,目前肿瘤免疫细胞治疗领域使用的NK细胞绝大多数是通过在捐献者或者患者身上提取外周血细胞(PBMC),然后通过体外分离、改造、扩增,获得最后的NK细胞产品。但是在工业界,药企和生物制药公司必须要考虑到产品的生产成本和原材料来源。外周血来源于患者或者捐献者,而NK细胞在外周血中的占比只有5-10%,这很大程度上限制了稳定的供应来源。并且通过PBMC获取的NK细胞其标志物表达及杀伤效果都不是很理想。因此我们引进iPSC细胞,iPSC可以在体外无限增殖并分化为功能性NK细胞,因此iPSC技术为获得大批量质量稳定的免疫细胞提供了有潜力的解决方案。
在实际应用方面,iPSC细胞的获得方法相对简单和稳定,不需要使用卵细胞或者胚胎,这在技术上和伦理上都比其他方法更有优势。iPSC来源的NK细胞的建立进一步拉近了干细胞和临床疾病治疗的距离。
但是存在一个现实问题,即未经基因修饰的iPSC细胞分化为NK细胞,它们在其细胞表面的CD16表达偏低,无法通过抗体依赖性细胞毒性效应即ADCC机制裂解靶细胞。
发明内容
本申请提供一种CD16高表达、ADCC功能增强的NK细胞的制作方法、NK细胞及其组合物,本方案的优点在于:基于两种质粒系统均可实现将编码后的CD16基因导入到iPSC细胞基因组中。并成功分化为NK细胞,获得CD16-NK细胞系,实现CD16表达稳定,ADCC功能增强,NK细胞纯度高等优点。具体详细说明如下:
为实现上述技术目的,本申请采取的技术方案为:一种ADCC功能增强的NK细胞的制作方法,包括如下步骤:
步骤一:通过电转将表达CD16的质粒导入到iPSC中,得到CD16高表达的iPSC细胞株;
步骤二:将上述步骤中得到的CD16高表达的iPSC细胞株分化为NK细胞;
其中,步骤一中能够表达CD16的质粒至少有一种。
进一步改进在于,表达CD16的质粒可以是基于转座子插入系统的Piggybac质粒或是基于同源重组的模板质粒。
进一步改进在于,表达的CD16为具有抗体Fc段高亲和力且不可切割的突变体。
进一步改进在于,CD16基因序列的突变位点为F158V和位点S197P。
进一步改进在于,CD16基因序列为SEQ ID NO:1。
进一步改进在于,表达CD16的基于转座子插入系统的Piggybac质粒需要与PBase质粒共转染,最终获得CD16-PiggyBac质粒。
进一步改进在于,PiggyBac质粒的构建方式为编码CD16的序列前为Ef1a启动子,编码CD16的序列后为PuroR抗性筛选标记;其中,Ef1a启动子序列为SEQ ID NO:2,抗性筛选标记的序列为SEQ ID NO:3。
进一步改进在于,表达CD16的基于转座子插入系统的PiggyBac质粒,将其命名为CD16-PiggyBac质粒,序列为SEQ ID NO:4。
进一步改进在于,其中表达CD16的基于同源重组的模板质粒需要与靶向AAVS1位点的CRISPR-sgRNA质粒共转染;表达CD16的基于同源重组的模板质粒,将其命名为AAVS1-CD16-Puc57质粒。
进一步改进在于,其中,靶向AAVS1的sgRNA序列为:SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:6、SEQ ID NO:7、SEQ ID NO:8、SEQ ID NO:9或SEQ ID NO:10。
进一步改进在于,其中表达CD16的基于同源重组的模板质粒的构建方式为编码CD16的序列前为Ef1a启动子,编码CD16的序列后为PuroR抗性筛选标记,Ef1a启动子之前为AAVS1左侧同源臂序列,PuroR抗性筛选标记之后为AAVS1右侧同源臂序列;其中,Ef1a启动子序列为SEQ ID NO:2,抗性筛选标记序列为SEQ ID NO:3;左、右同源臂序列可设置为两组,组1中的左侧同源臂长度为400bp,右侧同源臂长度为600bp,左侧同源臂序列为SEQ IDNO:11,右侧同源臂序列为SEQ ID NO:12,;组2中的左侧同源臂长度为500bp,右侧同源臂长度为500bp,左侧同源臂序列为SEQ ID NO:14,右侧同源臂序列为SEQ ID NO:15。
进一步改进在于,所述表达CD16的基于同源重组的模板质粒,即AAVS1-CD16-Puc57质粒的序列为SEQ ID NO:13。
进一步改进在于,所述CD16高表达的iPSC细胞株通过抗生素筛选和一次的克隆挑选即可获得,所得的iPSC细胞株中CD16的表达不低于85%。其中,抗生素优选为嘌呤霉素,即puromycin。
本发明还公开一种ADCC功能增强的NK细胞,通过上述步骤获得的NK细胞,其CD16的表达不低于80%。
本发明还公开一种组合物,包括ADCC功能增强的NK细胞,所述ADCC功能增强的NK细胞是通过上述方法制作获得。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)本发明可将编码CD16的基因序列通过PiggyBac质粒系统或同源重组的模板质粒成功导入到iPSC基因组中;通过电转的方式成功获得CD16-iPSC稳定表达的细胞株。
(2)稳定表达的iPSC细胞株能够成功分化为NK细胞,其获得的NK细胞的CD16+表达大于等于80%,且表达稳定;采用本方法的基因修饰及分化,成功构建了CD16-NK细胞系。
(3)基于进一步验证,本方案获得的NK细胞的ADCC杀伤率可达60%以上,是未经基因修饰后分化获得的NK细胞ADCC杀伤率的2.8倍左右;可证实通过本方案最终获得的NK细胞的ADCC功能增强,提高了NK细胞的自然杀伤效果。能够用于制备预防或治疗免疫缺陷、以及治疗肿瘤的药物。
(4)将表达CD16的两种质粒导入到iPSC中后仅通过一次单克隆的挑取即可得到CD16+高表达的CD16-iPSC的细胞株;步骤简单,效果明确。
(5)通过本方案获得的NK细胞,其CD56+表达高,说明本方案获得的NK细胞的纯度较高。
附图说明
图1为CD16-PiggyBac质粒图谱;
图2为靶向AAVS1位点的CD16同源重组模板质粒(AAVS1-CD16-Puc57质粒)图谱;
图3为基于PiggyBac质粒将CD16导入iPSC获得的iPSC细胞株1中CD16流式检测图;
图4为基于PiggyBac质粒将CD16导入iPSC获得的iPSC细胞株2中CD16流式检测图;
图5为基于PiggyBac质粒将CD16导入iPSC获得的iPSC细胞株3中CD16流式检测图;
图6为基于同源重组的模板质粒将CD16导入iPSC获得的iPSC细胞株4中CD16流式检测图;
图7为基于同源重组的模板质粒将CD16导入iPSC获得的iPSC细胞株5中CD16流式检测图;
图8为基于同源重组的模板质粒将CD16导入iPSC获得的iPSC细胞株6中CD16流式检测图;
图9为基于PiggyBac质粒基因修饰后的iPSC细胞株1分化获得NK细胞的CD16流式检测图;
图10为基于PiggyBac质粒基因修饰后的iPSC细胞株2分化获得NK细胞的CD16流式检测图;
图11为基于PiggyBac质粒基因修饰后的iPSC细胞株3分化获得NK细胞的CD16流式检测图;
图12为基于同源重组的模板质粒基因修饰后的iPSC细胞株4分化获得的NK细胞CD16流式检测图;
图13为基于同源重组的模板质粒基因修饰后的iPSC细胞株5分化获得的NK细胞CD16流式检测图;
图14为基于同源重组的模板质粒基因修饰后的iPSC细胞株6分化获得的NK细胞CD16流式检测图;
图15为无基因修饰的iPSC,即对照1,分化NK细胞的CD16流式检测图;
图16为无基因修饰的iPSC,即对照2,分化NK细胞的CD16流式检测图;
图17为基于PiggyBac质粒基因修饰后获得的iPSC最终分化为NK细胞的ADCC杀伤效果图;
图18为基于同源重组的模板质粒基因修饰后获得的iPSC最终分化为NK细胞的ADCC杀伤效果图;
图19为未经基因修饰的iPSC分化为NK细胞的ADCC杀伤效果图;
图20为PBMC中来源的NK细胞的ADCC杀伤效果图;
图21为野生型CD16基于PiggyBac质粒基因修饰后的iPSC最终分化获得NK细胞的CD16流式检测图;
图22为野生型CD16基于同源重组的模板质粒基因修饰后的iPSC最终分化获得NK细胞的CD16流式检测图
具体实施方式
为进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果,以下结合实施例和附图对本发明作进一步地说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。
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获得的常规产品。
定义
PBMC:外周血单个核细胞。
APC CD16抗体:APC anti-human CD16 Antibody。
1%FBS的1640培养基:RPMI1640+1%FBS。
10%FBS的1640培养基:RPMI1640+10%FBS。
PBase质粒:pCMV-hyPBase,是现有的转座酶。
Fc受体:是指通过结合到称为Fc区的抗体的一部分而有助于免疫细胞的保护功能的某些细胞(例如天然杀伤细胞)的表面上发现的蛋白质。抗体的Fc区与细胞的Fc受体(FcR)的结合通过抗体介导的吞噬作用或抗体依赖性细胞介导的细胞毒性(ADCC)刺激细胞的吞噬或细胞毒性活性。
F158V:CD16的基因序列上的158F变为158V;即第158位由苯丙氨酸(F)变成了缬氨酸(V)。
S197P:CD16的基因序列上的197S变为197P;即第197位由丝氨酸(S)变成了脯氨酸(P)。
AAVS1:iPSC基因组中的基因位点。
CD16-NK细胞:经本方法基因修饰后的iPSC细胞株分化为NK细胞。
野生型CD16:现有技术,未通过基因突变。
本文中除了提到的野生型CD16,其余单独提到的CD16是本方案中提到的F158V与S197P突变后的基因序列。
转基因表达
本发明中涉及到的基因编辑的流程包括如下环节:基因选择,设计序列,PiggyBac质粒,同源重组的模板质粒的构建,PiggyBac质粒和同源重组模板载体向细胞内的导入及细胞分化。可以通过本领域技术人员已知的任何机制将目的基因(例如CD16)工程化到表达质粒中。
可以使用本领域已知的任何瞬时转染方法将转基因引入iPSC细胞,包括例如电转染、脂质转染、核转染、或是“基因枪”,本方案中优选使用电转法。
可以使用任何数量的载体表达CD16。在一些实施方式中,可以使用的质粒载体包括PiggyBac转座子插入系统质粒、同源重组的模板质粒。
在一些实施例中,Fc受体是CD16,将CD16的基因序列突变位点为F158V和位点S197P,最终获得CD16的序列参考SEQ ID NO:1。表达CD16的质粒可以基于PiggyBac转座子插入系统的质粒或是同源重组CRISPR的模板质粒。其中,表达CD16同源重组模板载体的选择:是选择获取自Addgene的Puc57载体作为骨架。最终获得CD16-PiggyBac质粒与AAVS1-CD16-Puc57质粒。
PiggyBac质粒的构建方式为编码CD16的序列前为Ef1a启动子,编码CD16的序列后为PuroR抗性筛选标记;其中,Ef1a启动子序列为SEQ ID NO:2,抗性筛选标记的序列为SEQID NO:3,获得的CD16-PiggyBac质粒序列为SEQ ID NO:4。
其中表达CD16的基于同源重组的模板质粒需要与靶向AAVS1位点的CRISPR-sgRNA质粒共转染;可以将表达CD16的基于同源重组的模板质粒,将其命名为AAVS1-CD16-Puc57质粒,其质粒图谱为附图2,序列为:SEQ ID NO:13。
具体如下:靶向AAVS1的sgRNA序列为:SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:6、SEQ ID NO:7、SEQ ID NO:8、SEQ ID NO:9或SEQ ID NO:10。其中表达CD16的基于同源重组的模板质粒的构建方式为编码CD16的序列前为Ef1a启动子,编码CD16的序列后为PuroR抗性筛选标记,Ef1a启动子之前为AAVS1左侧同源臂序列,PuroR抗性筛选标记之后为AAVS1右侧同源臂序列;其中,Ef1a启动子序列如SEQ ID NO:2(与PiggyBac质粒中用到的Ef1a启动子序列相同),抗性筛选标记序列为SEQ ID NO:3(与PiggyBac质粒中用到的抗性筛选标记序列相同);其中,左、右同源臂序列设置为两组,组1中左侧同源臂长度为400bp,右侧同源臂长度为600bp,左侧同源臂序列为SEQ ID NO:11,右侧同源臂序列为SEQ ID NO:12,组2中左侧同源臂长度为500bp,右侧同源臂长度为500bp,左侧同源臂序列为SEQ ID NO:14,右侧同源臂序列为SEQ ID NO:15。
电转染后进行单克隆挑选,并进行阳性克隆验证,通过流式细胞术检测CD16-iPSC细胞株中CD16+表达。经过基因修饰后的iPSC呈现CD16高水平表达,平均表达在93%±0.46,最低表达为86.29%,最高可达到98.88%。
通过流式细胞术检测NK细胞的CD16+表达。通过对比经本方法基因修饰后的iPSC细胞株分化为NK细胞(CD16-NK细胞)和未经过修饰的iPSC细胞分化获得的NK细胞流式细胞分析显示:与未修饰的iPSC细胞分化的NK细胞相比,经基因修饰后获得的CD16-NK细胞呈现高的多的CD16表达,平均水平达到85%以上,最高表达95.20%。而未经过修饰的iPSC细胞分化获得的NK细胞的CD16+流式检测仅为43.59%与30.13%。
通过流式细胞术检测ADCC的杀伤率。经本方法基因修饰后获得的CD16-NK细胞与未经过修饰的iPSC细胞分化获得的NK细胞、及PBMC来源的NK细胞三者通过流式细胞术数据分析显示:与未经修饰的获得的NK细胞、PBMC中来源的NK细胞相比,通过本案中的基因修饰方法获得的CD16-NK细胞呈现较高的ADCC杀伤率。与PBMC中来源的NK细胞相比,CD16-NK细胞的ADCC杀伤率是它的1.9倍左右;与未修饰的NK细胞相比,CD16-NK细胞的ADCC杀伤率是它的2.8倍左右。
通过流式细胞术检测CD16-NK细胞与未经过修饰的iPSC分化获得的NK细胞的NKG2D+表达,通过本案中的基因修饰方法获得的CD16-NK细胞高表达NKG2D受体,其中最高可达97.04%,而未经修饰的iPSC分化获得的NK细胞的NKG2D+表达仅为59.07%,可达到它的1.7倍左右。进而说明通过本方案产生NK细胞高表达NKG2D受体,具有更强的细胞因子分泌能力和肿瘤杀伤能力。
总之,这些结果表明,将编码CD16的序列引入至iPSC基因组能够高表达、且稳定表达形成CD16-iPSC细胞株,建模成功;并且通过仅一次的单克隆挑选可获取CD16高表达iPSC细胞株。并经基因修饰后最终获得的NK细胞CD16表达水平较高,同时也增强了NK细胞的ADCC功能。也需要强调的是,分化的NK细胞有高表达的CD56与NKG2D受体,说明分化的NK细胞纯度高且具有更强的细胞因子分泌能力和肿瘤杀伤能力。
也需要说明的是,经基因改造过的iPSC能够继续维持其多能性,以及向其它免疫细胞分化的潜能。
电转及分化
通过电转将CD16导入iPSC,培养基为Stemflex,每天更换培养基,培养6-8天左右,挑克隆并接种于24孔板中,每孔加入300-500ul的Stemflex,继续培养6-8天左右,在培养过程中添加终浓度为0.3-1.5ug/ml的puromycin,进行阳性克隆验证。
将iPSC细胞株分化为NK细胞,包括如下步骤,步骤一:采用人诱导多能干细胞分化形成具有KDR+CD73+表达的内皮祖细胞;步骤二:将具有KDR+CD73+表达的内皮祖细胞经内皮-血液转化,形成具有CD34-CD45+表达的NK祖细胞;步骤三:将具有CD34-CD45+表达的NK祖细胞进一步分化为具有CD56+CD3-表达的NK细胞。
步骤一用到的分化培养基I,所述分化培养基I包括细胞因子组合A与细胞因子组合B;所述细胞因子组合A为VEGF,bFGF,Activin-A中的至少两种的组合;所述细胞因子组合B为BMP-4,SCF,IL-3,IL-6,TPO,FLT3L中的至少一种或多种的组合;
分化培养基I的用量VEGF 1-100ng/ml,bFGF 0.25-50ng/ml,Activin-A 0.1-20ng/ml,BMP-4 0.3-60ng/ml,SCF 1-200ng/ml,IL-3 0.1-20ng/ml,IL-6 0.1-20ng/ml,TPO 0.1-100ng/ml,FLT3L 0.1-30ng/ml。
所述培养基分化培养基I还含有基础培养基I;所述基础培养基I为AIM-V,X-Vivo-10,X-Vivo-15,Optimizer,PRIME-XV,KBM581中的一种或多种按照任意比例的混合。
步骤二用到的分化培养基II,所述分化培养基II包括细胞因子组合C与细胞因子组合D;所述细胞因子组合C包含SCF、TPO、FLT3L、IL3或IL6中的一种或多种的组合;所述细胞因子组合D包含IL7、IL15、IL12、IL18、IL21中的一种或多种的组合;
分化培养基II的用量为SCF 1-200ng/ml,TPO 1-100ng/ml,FLT3L 1-200ng/ml,IL3 1-200ng/ml,IL6 1-100ng/ml,IL7 1-100ng/ml,IL15 1-100ng/ml,IL12 1-100ng/ml,IL18 1-100ng/ml,IL21 1-100ng/ml。
所述分化培养基II还包括基础培养基II;所述基础培养基II为AIM-V,X-Vivo-10,X-Vivo-15,Optimizer,PRIME-XV和KBM581中的一种或多种按照不同比例的混合。
步骤三用到的分化培养基III,所述分化培养基III包括SCF,TPO,FLT3L,IL3,IL6,IL7,IL11,IL12,IL18,IL15,IL21中的一种或多种的组合;
所述分化培养基III中的用量SCF 1-200ng/ml,TPO 1-100ng/ml,FLT3L1-200ng/ml,IL3 1-200ng/ml,IL6 1-100ng/ml,IL7 1-100ng/ml,IL11 1-100ng/ml,IL12 1-100ng/ml,IL18 1-100ng/ml,IL15 1-100ng/ml,IL21 1-100ng/ml。
所述分化培养基III的成份还包括基础培养基III;所述基础培养基III包括AIM-V,X-Vivo-10,X-Vivo-15,Optimizer,PRIME-XV和KBM581中的一种或多种按照任意质量比例的混合。
本文中的iPSC分化为NK细胞的具体方法,将我司已经公开的专利文本全部引入此次文本,其中引入文本的公开号为CN113801846A,名称为“一种从人诱导多能干细胞分化为自然杀伤细胞的方法”。
可知,通过本方案的基因修饰方法获取的NK细胞,其经过本方案中的基因修饰后最终获取的NK细胞的CD16表达更稳定,核实基因修饰后最终获取的NK细胞中CD16的表达仅导致14%±0.08的下调。
实施例1:目的基因与质粒构建
目的基因为CD16,突变位点是F158V和位点S197P,新获得的CD16为具有抗体Fc段高亲和力且不可切割的突变体,CD16序列表为SEQ ID NO:1,序列如下所示,并突变位点对应的碱基序列已标出下划线:
Atgtggcagctgctcctcccaactgctctgctacttctagtttcagctggcatgcggactgaagatctcccaaaggctgtggtgttcctggagcctcaatggtacagggtgctcgagaaggacagtgtgactctgaagtgccagggagcctactcccctgaggacaattccacacagtggtttcacaatgagagcctcatctcaagccaggcctcgagctacttcattgacgctgccacagtcgacgacagtggagagtacaggtgccagacaaacctctccaccctcagtgacccggtgcagctagaagtccatatcggctggctgttgctccaggcccctcggtgggtgttcaaggaggaagaccctattcacctgaggtgtcacagctggaagaacactgctctgcataaggtcacatatttacagaatggcaaaggcaggaagtattttcatcataattctgacttctacattccaaaagccacactcaaagacagcggctcctacttctgcagggggcttgttgggagtaaaaatgtgtcttcagagactgtgaacatcaccatcactcaaggtttggcagtgccaaccatctcatcattctttccacctgggtaccaagtctctttctgcttggtgatggtactcctttttgcagtggacacaggactatatttctctgtgaagacaaacattcgaagctcaacaagagactggaaggaccataaatttaaatggagaaaggaccctcaagacaaatga
本发明分别验证了两种质粒载体将CD16导入到iPSC中,分别是基于PiggyBac的质粒和同源重组的模板质粒。
1)CD16-PiggyBac质粒的构建:
表达CD16的PiggyBac质粒需要与PBase质粒共转染。PiggyBac质粒的构建方式为编码CD16的序列前为Ef1a启动子,编码CD16的序列后为PuroR抗性筛选标记;其中,Ef1a启动子序列为SEQ ID NO:2,抗性筛选标记的序列为SEQ ID NO:3,获取的CD16-PiggyBac质粒序列为SEQ ID NO:4,图谱如附图1。
2)AAVS1-CD16-Puc57质粒的构建:
AAVS1是iPSC基因组中的基因位点。
CD16同源重组模板载体的选择:选择获取自Addgene的pUC57载体作为骨架。
其中表达CD16的基于同源重组的模板质粒需要与靶向AAVS1位点的CRISPR-sgRNA质粒共转染;将表达CD16的基于同源重组的模板质粒,将其命名为AAVS1-CD16-Puc57质粒,其质粒图谱为附图2,序列为:SEQ ID NO:13。
具体如下:靶向AAVS1的sgRNA序列为:SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:6、SEQ ID NO:7、SEQ ID NO:8、SEQ ID NO:9或SEQ ID NO:10。
其中表达CD16的基于同源重组的模板质粒的构建方式为编码CD16的序列前为Ef1a启动子,编码CD16的序列后为PuroR抗性筛选标记,Ef1a启动子之前为AAVS1左侧同源臂序列,PuroR抗性筛选标记之后为AAVS1右侧同源臂序列;其中,Ef1a启动子序列与上同为SEQ ID NO:2,抗性筛选标记序列与上同为SEQ ID NO:3,其中,左、右同源臂序列可设置为两组;组1中左侧同源臂长度为400bp,右侧同源臂长度为600bp,左侧同源臂序列为SEQ IDNO:11,右侧同源臂序列为SEQ ID NO:12;组2中,左侧同源臂长度为500bp,右侧同源臂长度为500bp,左侧同源臂序列为SEQ ID NO:14,右侧同源臂序列为SEQ ID NO:15。见表1-1。
左、右同源臂如下:
组 | L左侧同源臂长度/bp | R右侧同源臂长度/bp | 序列 |
1 | 400 | 600 | SEQ ID NO:11与12 |
2 | 500 | 500 | SEQ ID NO:14与15 |
表1-1
基于PiggyBac质粒CD16基于是随机插入至iPSC细胞基因组中;而AAVS1-CD16-Puc57质粒是定点插入至iPSC细胞的AAVS1的基因位点处,靶向AAVS1的sgRNA的插入位点是在CRISPR质粒的BbsI(245)与BbsI(267)之间。
实施例2:电转染及挑克隆
2.1.质粒的配置:CD16-PiggyBac质粒与AAVS1-CD16-Puc57质粒;分别用DEPC水将CD16-PiggyBac质粒、PBase质粒、AAVS1-CD16-Puc57质粒浓度调整为0.5-1.5ug/ul,本方案中优选使用1ug/ul,设计可以是0.6ug/ul、0.7ug/ul、0.8ug/ul、0.9ug/ul、1.0ug/ul、1.1ug/ul、1.2ug/ul、1.3ug/ul、1.4ug/ul或任意两个数字之间的任何范围,包括端点。-20℃存储备用。
2.2.将生长至90%左右汇合率的iPSC取出放于生物安全柜中,吸弃上清,加入TrypLE,放于37℃细胞培养箱中静置孵育;消化细胞,离心并计数。
2.3.细胞计数后,吸取1×106个细胞,低速离心,取出离心管至生物安全柜中,拧开管盖,吸弃上清。其中,低速离心为转速为8000r/min以下,相对离心力为10000×g以下的离心。
2.4.在生物安全柜中取出洁净1.5ml EP管,吸取100μl预先配制好的电转Buffer于EP管中。将上述三种质粒分别吸取1μl-3μl,加入电转缓冲液buffer中。本方案中上述三种质粒优选为2μl,其设计可以是1.1μl、1ul、1.1ul、1.2ul、1.3ul、1.4ul、1.5ul、1.6ul、1.7ul、1.8ul、1.9ul、2ul、2.1ul、2.2ul、2.3ul、2.4ul、2.5ul、2.6ul、2.7ul、2.8ul、2.9ul,或任意两个数字之间的任何范围,包括端点。
2.5.用100μl移液枪吹打8-10次混匀后,将全部液体吸出后加入细胞沉淀中;将电转杯取出并放入电转仪的转染室中进行电转,电转程序为B016。电转结束后取出电转杯放进生物安全柜中。
2.6.取出6孔板放于生物安全柜中,并在其中1孔加入2ml Stemflex培养基,十字交叉混匀,静置培养。
2.7.每天更换2ml Stemflex培养基,培养两天后,将细胞消化、计数,并接种5000个细胞于10cm皿中(预先铺好Matrigel,并加入10ml Stemflex培养基);同时进行取适量细胞,染APC CD16抗体,进行流式检测,CD16阳性率是37.96%;
2.8.培养7天左右,在层流工作台中进行单克隆的挑取,克隆挑取并接种于孔板(预先铺好Matrigel,每孔加入500ul Stemflex培养基)。继续培养7天左右,培养过程中添加试剂puromycin,终浓度为0.3-1.5ug/ml。本方案中优选为1ug/ml,进行阳性克隆的验证。puromycin的设计可以是0.4ug/ml、0.5ug/ml、0.6ug/ml、0.7ug/ml、0.8ug/ml、0.9ug/ml、1.0ug/ml、1.1ug/ml、1.2ug/ml、1.3ug/ml、1.4ug/ml,或任意两个数字之间的任何范围,包括端点。
实施例3:流式验证
基于本方案中的转座子系统质粒、同源重组的模板质粒分别将CD16电转导入iPSC基因组中获得iPSC细胞株。基于转座子系统质粒基因修饰后获得iPSC细胞株,随机挑取3株克隆进行阳性验证,分别是Clone-1,Clone-2,Clone-3,流式结果分别如附图3-5。
其次,基于同源重组的模板质粒基因修饰后获得iPSC细胞株。随机挑取3株克隆进行阳性验证,分别是Clone-4,Clone-5,Clone-6,流式结果分别如附图6-8。
表1:通过两种质粒基因修饰获得的iPSC细胞株中CD16阳性表达
表1
实施例4:NK细胞分化及其验证
对将上述经过基因修饰后的iPSC、与未经过基因编辑的iPSC在连续培养三代后进行NK分化实验,具体分化操作步骤引入本公司之前申请专利。即将公开号为CN113801846A,专利名称为“一种从人诱导多能干细胞分化为自然杀伤细胞的方法”全部引入本次文本。
表2:经过本方案基因修饰后获得的iPSC细胞株分化为NK细胞(实验组)、与未经过基因修饰获得的iPSC分化为NK细胞(设对照组1和对照组2)、电转实验中,经过相同方法将野生型CD16转入到iPSC,分别基于PiggyBac质粒与同源重组的模板质粒将野生型CD16导入iPSC分化为NK细胞,(分别设为对照组3和对照组4),进行NK细胞表面标志物验证:
表2
基于PiggyBac质粒基因修饰后获得的iPSC分化为NK细胞,CD16+表达流式结果如附图9、附图10与附图11;
基于同源重组的模板质粒,即AAVS1-CD16-Puc57质粒基因修饰后获得的iPSC分化为NK细胞流式结果如图12、图13与图14。
未经过基因修饰获得的iPSC分化为NK细胞,NK细胞CD16+表达流式结果如图15和图16。
经过本方案中相应的电转及实验方法,将野生型CD16转入iPSC分化获得的NK细胞,NK细胞CD16+表达流式结果如图21和图22。
结合表2与附图10-16,图21和22可知,经过基因修饰后的iPSC细胞株分化获得的NK细胞,其CD16阳性表达均达到80%以上,最高值达到95%以上,对照组1和2的NK细胞的CD16阳性表达分别为30.13%与45.59%,对照组3和4的NK细胞的CD16阳性表达分别为22.64%与32.24%。实验组即经本方案改造后的iPSC获得的NK细胞,对照组即未经本方案改造的iPSC获得的NK细胞,实验组CD16的表达量均明显高于对照组。
通过本方案的基因修饰分化得到的NK细胞各标志物的表达较高且稳定,由此说明本实验通过电转化法转入的CD16基因在NK细胞中成功表达,这可能会增强NK细胞的ADCC功能。为了进一步确定ADCC的功能是否增强,本方案进一步进行验证。
实施例5:ADCC验证
5.1.靶细胞悬液配置:取1M靶细胞,靶细胞为Raji,300g,5min离心,去上清;用含1%FBS的1640培养基重悬,得到1M/mL的细胞悬液;
5.2.将靶细胞按每孔50ul加至96孔板内;用10%FBS的1640培养基将抗体(anti-CD20Rituximab单抗)稀释为25ug/ml-40ug/ml,本方案中优先使用30ug/ml。抗体的设计可以是26ug/ml、27ug/ml、28ug/ml、29ug/ml、30ug/ml、31ug/ml、32ug/ml、33ug/ml、34ug/ml、35ug/ml、36ug/ml、37ug/ml、38ug/ml、39ug/ml,或任意两个数字之间的任何范围,包括端点。
按照每孔50ul加入对应孔内,轻轻吹打几次混匀;放入37度培养箱中孵育30min。
5.3.效应细胞悬液配制:收集效应细胞,400g,5min离心,去上清,使用10%FBS的1640培养基重悬并计数;将效应细胞按每孔100ul加至96孔,靶细胞按每孔100ul加至与效应细胞共孵育的孔。其中,效应细胞分别为:经过本方案基因修饰后iPSC分化的NK细胞、无基因修饰的iPSC分化的NK细胞、PBMC扩增的NK细胞。
5.4.孵育、检测,混匀转移至对应EP管。每个样品均加入终浓度为5nM的SYTOX染色液,混匀,4℃避光孵育15min,上机检测。
表3:通过本方案基因修饰iPSC获得的NK细胞、无基因修饰获得NK细胞、及其PBMC扩增来源的NK细胞的ADCC验证:
表3
通过本方案基因修饰后获得的iPSC分化为NK细胞、无基因修饰的iPSC分化为NK、以及从PBMC中来源的NK细胞,分别获得ADCC进行杀伤效果的比较,实验结果分别如图17-20。
通过表3与附图17-20可知,基于本方案基因修饰最终获得的CD16-NK细胞的ADCC杀伤能力明显优于无基因修饰iPSC分化的NK细胞和PBMC来源的NK细胞的ADCC能力。因此可以证明通过本方案基因修饰后获得的NK细胞,其抗体依赖性细胞毒性作用显著增强。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法,但本发明并不局限于上述详细方法,即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (9)
1.一种ADCC功能增强的NK细胞的制作方法,其特征在于,包括如下步骤:
Ⅰ、通过电转将表达CD16的质粒导入到iPSC中,得到CD16高表达的iPSC细胞株;
Ⅱ、将步骤Ⅰ中得到的CD16高表达的iPSC细胞株分化为NK细胞;
其中,能够表达CD16的质粒是基于同源重组的模板质粒;
CD16的基因序列突变位点为F158V和位点S197P,突变后的碱基序列分别是gtt和cca;
基于同源重组的模板质粒需要与靶向AAVS1位点的CRISPR-sgRNA共转染。
2.如权利要求1所述的一种ADCC功能增强的NK细胞的制作方法,其特征在于,靶向AAVS1位点的sgRNA序列为:SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:7、SEQ ID NO:9或SEQ ID NO:10。
3.如权利要求1所述的一种ADCC功能增强的NK细胞的制作方法,其特征在于,同源重组的模板质粒的构建方式为编码CD16的序列前为Ef1a
启动子,编码CD16的序列后为PuroR抗性筛选标记, Ef1a启动子之前为AAVS1左侧同源臂,PuroR抗性筛选标记之后为AAVS1右侧同源臂;同源臂序列设置两组,左侧同源臂序列为SEQ ID NO:11,右侧同源臂序列为SEQ ID NO:12;或是左侧同源臂序列为SEQ ID NO:14,右侧同源臂序列为SEQ ID NO:15;Ef1a启动子序列为SEQ ID NO:2,抗性筛选标记的序列为SEQ ID NO:3。
4.如权利要求1所述的一种ADCC功能增强的NK细胞的制作方法,其特征在于,表达CD16的基于同源重组模板质粒的序列为SEQ ID NO:13。
5.如权利要求1所述的一种ADCC功能增强的NK细胞的制作方法,其特征在于,表达的CD16 为具有抗体Fc 段高亲和力且不可切割的突变体。
6.如权利要求1所述的一种ADCC功能增强的NK细胞的制作方法,其特征在于,CD16的基因序列为SEQ ID NO:1。
7.如权利要求1所述的一种ADCC功能增强的NK细胞的制作方法,其特征在于,所述CD16高表达的iPSC细胞株通过抗生素筛选和一次的克隆挑选获得,iPSC细胞株中CD16的表达不低于85%。
8.一种ADCC功能增强的NK细胞,其特征在于,该NK细胞是通过权利要求1-7任一项所述方法获得,通过所述方法最终获得的NK细胞的CD16的表达不低于80%。
9.一种组合物,其特征在于,包含ADCC增强型的NK细胞,所述ADCC增强型的NK细胞是通过权利要求1-7任一项方法获得。
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