Cell Stem Cell - IsoPlexis 單細胞功能蛋白質(zhì)組學技術加速 CRISPR 編輯的iPS-NK 細胞療法
NK細胞具有殺死腫瘤細胞或病毒感染細胞的能力，而無需抗原刺激，使其成為免疫治療的理想選擇。然而，NK細胞在體內(nèi)不能持續(xù)很長時間，因此它們的抗腫瘤反應是短暫的。為了克服這一挑戰(zhàn)，Cell Stem Cell臨床與轉化報告中加州大學等研究人員試圖從誘導多能干細胞（iPSC）定向分化NK細胞（iPSC-NK），通過CRISPR基因編輯來創(chuàng)造可持續(xù)的NK細胞供應。
圖1. 由人iPSC生成CISH基因敲除NK細胞
CISH基因編碼的細胞因子誘導型含SH2蛋白(CIS)，是NK細胞中IL-15信號傳導的關鍵負調(diào)控因子。
CRISPR編輯后的細胞功能分析
基因編輯是開發(fā)細胞療法的強大工具，可應用于廣泛的研究領域，但開發(fā)CRISPR 編輯療法的一個挑戰(zhàn)是現(xiàn)有技術無法確認編輯后的功能。雖然基因組學通常用于分析編輯和改造的細胞，但它只能確認編輯是否正確。因此，如果您正在評估CRISPR編輯的細胞用于細胞治療的潛力，在將其用作治療產(chǎn)品之前，有必要進行功能分析，以確定這些細胞是否如預期的發(fā)揮功能。單細胞功能蛋白質(zhì)組學是獲得此類直接細胞信息是目前的唯一途徑，而傳統(tǒng)技術（如ELISA和流式細胞術）無法說明細胞的異質(zhì)蛋白表達。
IsoPlexis 功能蛋白質(zhì)組學技術獨特地表征單個NK細胞釋放的細胞因子及其對 CRISPR 編輯前后免疫反應的影響，極大地提高了研究人員評估 CRISPR 編輯的能力。
圖2. IsoPlexis單細胞功能蛋白質(zhì)組學于基因編輯細胞療法評估流程圖
CRISPR編輯的多功能NK細胞對白血病的抗腫瘤反應增強
研究人員利用IsoPlexis單細胞蛋白質(zhì)組學來分析CRISPR編輯的NK細胞，驗證CRISPR編輯是否真的改善了細胞功能。結果發(fā)現(xiàn)，與野生型 iPSC-NK 細胞和 PB-NK 細胞相比，CISH-KO iPSC-NK 細胞不僅更具多功能性，而且其功能效力增加了 10 倍以上。
圖3. CISH-/- iPSC-NK細胞單細胞多功能性提高
如數(shù)據(jù)顯示，多功能強度指數(shù) (Polyfunctional Strength Index，分泌2種以上細胞因子的細胞% X分泌因子的強度) 幫助研究人員識別與體內(nèi)結果相關的高功能和強效免疫單細胞亞群。在急性髓系白血病異種移植模型中，CISH-KO iPSC NK細胞在體內(nèi)也表現(xiàn)出更強的抗腫瘤功能和持久性。在機制上，作者發(fā)現(xiàn)增強的抗腫瘤功能可歸因于CRISPR編輯后增加的單細胞多功能性和mTOR介導的代謝適應度。
隨著異基因療法研究的不斷增多，單細胞蛋白質(zhì)組學的平臺可以補足其他技術不能說明的功能異質(zhì)性和有效性的細胞來尋求改進療法的方案，幫助研究人員確定潛在療法是否具有高效力、低細胞毒性或表現(xiàn)出不良免疫反應，加快了關鍵療法推向市場的進程。
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Reference:
1. Zhu H et al. Metabolic Reprogramming via Depletion of CISH in Human iPSC-Derived NK Cells Promotes In Vivo Persistence and Enhances Anti-tumor Activity. Cell Stem Cell 27: 1-14, 2020.