IL-2和IL-7/IL-15浓度对T细胞扩增的影响

背景

过继T细胞疗法作为一种利用免疫系统与疾病作斗争的癌症新的根治治疗策略，具有变革的潜力。特别是，嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)疗法涉及对T细胞(自体或同种异体)进行基因工程，以表达针对特定肿瘤抗原的嵌合抗原受体。在整个过程中，成功的T细胞放大对于确保有足够的细胞可用于治疗至关重要。

IL-2是用于过继细胞治疗的主要细胞因子，在T细胞的增殖和功能效应中起着至关重要的作用。最近，IL-7和IL-15已经成为T细胞向记忆干细胞表型发展的重要细胞因子，这种表型分化较少，具有更好的扩增和存活能力。更好地了解细胞因子对T细胞扩增的影响将加强T细胞扩增的努力。

在这项研究中，使用设计的实验方法来优化细胞因子的补充，以快速扩增T细胞。系统地研究了细胞因子介导的免疫激活对T细胞亚群的活性、扩增和耗竭反应的影响。研究概述了IL-2、IL-7和IL-15之间的明显区别。在制造方案中替代这种细胞因子组合，以产生具有最佳临床使用特征的大量T细胞，并将生产成本降至最低，可能是有益的。

实验设计

使用EasySep™ Release Human CD3阳性选择试剂盒从冷冻的PBMC中分离高纯度的人T细胞，并使用ImmunoCult™ Human CD3/CD28/CD2 T细胞激活剂（加拿大STEMCELL公司）激活。以德国Miltenyi公司生产的T细胞Transact™为对照。

使用EVE™细胞计数器(韩国NanoEnTek)测定细胞浓度和活性。流式细胞仪分析采用美国Luminex公司的Guava easyCyte流式细胞仪。耗竭标志物分析包括PD-1(早期)、LAG-3(中期)和TIM-3(晚期)。

使用从组合剂量获得的数据，通过Minitab软件(Minitab LLC，USA)分析试验(DoE)的设计。采用全因子设计，变量为IL-7和IL-15。反应优化图被用来确定IL-7/IL-15的最佳浓度，以预测细胞计数和活力的最大产率。

结果

图1 单个细胞因子(IL-2、IL-7和IL-15)的T细胞生长动力学。与细胞因子和细胞激活剂相比，人T细胞的生长超过5天。两种活化剂试剂的生长趋势相似。添加IL-2(50IU)的T细胞扩增最多，细胞数量增加了13-17倍。单次加入IL-7的细胞显示出最小的扩增，仅为对照组的4-5倍。加入IL-15的细胞呈指数增殖率，与IL-2相似。所示数据代表了两种独立的分析方法。

图2 细胞因子组合剂量(IL-7和IL-15)的T细胞生长动力学。与细胞因子和细胞激活剂相比，人T细胞的生长超过5天。观察到两种活化剂的细胞生长曲线相似。用Stemcell试剂激活的T细胞在补充200/200IU的IL-7/IL-15的同时显示出最高的细胞扩增，比初始接种时增加了15倍。Miltenyi鸡尾酒激活的细胞对50/200IU的IL-7/IL-15的组合剂量有同样的反应(15倍)。两组激活的细胞活性都是恒定的，在整个培养过程中都在90%以上。这些数据代表了两种独立的分析方法。

图3 Minitab优化模型。Minitab中的响应优化器生成的优化曲线图。复合合意度的范围从0到1，其中1是最理想的，而0表示一个或多个反应超过了可容忍的限度。（a）使用Stemcell激活的T细胞的组合剂量预测最佳剂量为200/50IU，复合可取性为0.6431。（b）使用Miltenyi方案激活的细胞对IL-7/IL-15两种组合的预测值均为167/145IU，复合可取性为0.6036。

图4  T-75培养瓶中细胞因子组合剂量(IL-7和IL-15)的T细胞生长动力学。与细胞因子和细胞激活剂相比，人T细胞的生长超过7天。两种激活剂显示出相似的生长曲线。预测的最佳IL7/IL-15剂量显示细胞数量略有增加，分别是17倍(Stemcell)和22倍(Miltenyi)。两种激活剂的单次IL-2剂量分别是22倍(Stemcell)和19倍(Miltenyi)。

图5 利用T细胞耗竭标志物进行表型鉴定。细胞质量的评估是基于各自的同型对照的门控的CD4+和CD8+T细胞亚群。在培养结束时，对细胞在补充细胞因子前后进行分析。与Miltenyi试剂相比，来自Stemcell激活的细胞毒性和辅助T细胞显示出更高的表达谱。

总结

在这项初步研究中，系统地研究了三种关键细胞因子：IL-2、IL-7和IL-15对激活的CD3+T细胞生长的影响

通过不同细胞因子浓度的实验设计，确定了几个优化激活的CD3+T细胞生长的关键条件。除了细胞生长和活力外，耗竭标记还被评估为关键的质量属性

根据预测模型，T细胞生长的最佳条件为200/50IU(STEMCELL)和170/150IU(Miltenyi)

总而言之，与基于IL-2的T细胞生产方案相比，IL-7/IL-15组合在产生CD4+和CD8+T细胞方面似乎并不优越

Selvarajan, V., How, G., Teo, D., Loh, W., & Loo, B. (2021). Effect of IL-2 and IL-7/IL-15 concentration on t cell expansion. Cytotherapy, 23(5), S177.