Значение выбора питательной среды для результатов длительного in vitro культивирования лейкозных T-лимфобластов

Правильный выбор питательных сред для культивирования различных видов клеток в разнообразных приложениях является одним из важнейших аспектов современных биотехнологий, поскольку химический состав культуральных сред во многом воспроизводит необходимые метаболиты для поддержания роста определённых линий клеток вне организма. Jurkat линия лейкозных Т-лимфобластоподобных клеток человека (далее Jurkat T-клетки) активно используется для in vitro моделирования внутриклеточного сигналинга и активации нормальных Т-лимфоцитов крови, опосредованной комплексом T-клеточный рецептор/CD3/CD4, в токсикологических исследованиях иммунных и секреторных реакций на лекарственные вещества и ионы. Кроме того, Jurkat T-клетки широко применяются для ex vivo тестирования в области иммунологии, онкологии, токсикологии, ортопедии и травматологии. Существующие стандарты и многочисленные исследования основаны преимущественно на краткосрочном in vitro культивировании Jurkat T-клеток в питательной среде RPMI 1640. Вместе с тем вопросы длительного обеспечения роста культуры Jurkat T-клеток слабо представлены в научной литературе. Целью данного исследования явилось изучение активности Jurkat T-клеток в 7-14-суточной культуре in vitro и сравнительная оценка значения RPMI 1640 и αMEM для поведения иммунокомпетентных опухолевых клеток. С помощью проточной цитофлуориметрии, мультиплексного анализа и фазово-контрастной Cell-IQ микроскопии изучены доли живых и погибших клеток путем апоптоза и некроза, секреция цитокинов и хемокинов, динамика накопления клеточной биомассы. Установлено, что среда αМЕМ в составе полной питательной среды, в сравнении с RPMI 1640, в большей мере способствует in vitro поддержанию жизнеспособности (увеличение доли живых клеток на 13,5% к 14-м суткам), секреторной способности в отношении 23 из 27 тестируемых биомолекул, сокращению (на 32%) времени адаптации клеток к условиям культивирования перед пролиферацией, 5-кратному приросту клеточности культуры Jurkat Т-клеток к 7-м суткам. Обсуждается потенциальное значение химических компонентов питательных сред и секретируемых биомолекул для полученных результатов. На основании полученных результатов сделано заключение о более оптимальных свойствах среды αМЕМ для длительного in vitro культивирования Jurkat Т-клеток. Как следствие, тестирование in vitro медицинских изделий, предназначенных для долговременного контакта с организмом, в том числе у онкологических больных, на лейкозной линии Jurkat Т-клеток в среде RPMI 1640 могут обусловить ошибочный прогноз их биосовместимости и потенциальной противоопухолевой активности.

1. Мамаева С.Е. Атлас хромосом постоянных клеточных линий человека и животных. М.: Научный мир, 2002. 236 с.

2. Меньщикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К., Бондарь И.А., Круговых Н.Ф., Труфакин В.А. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. М.: Фирма «Слово», 2006. 556 с.

3. Симбирцев А.С. Цитокины в патогенезе и лечении заболеваний человека. СПб: Фолиант, 2018. 512 с.

4. Черезова А.Л., Негуляев Ю.А., Зенин В.В., Семенова С.Б. pH среды регулирует вход кальция в Т-клетки Jurkat. Цитология, 2017. Т. 59, № 9. С. 595-600.

5. Abraham R.T., Weiss A. Jurkat T cells and development of the T-cell receptor paradigm. Nat. Rev. Immunol., 2004, Vol. 4, pp. 301-308.

6. Al-Ramadi B.K., Meissler J.J., Huang D., Eisenstein T.K. Immunosuppression induced by nitrci oxide and its inhibition by interleukin-4. Eur. J. Immunol., 1992, Vol. 22, no. 9, pp. 2249-2254.

7. Au A., Ha J., Hernandez M., Polotsky A., Hungerford D.S., Frondoza C.G. Nickel and vanadium metal ions induce apoptosis of T-lymphocyte Jurkat cells. J. Biomed. Mater. Res., 2006, Vol. 79, pp. 512-521.

8. Audiffred J.F., De Leo S.E., Brown P.K., Hale-Donze H., Monroe W.T. Characterization and applications of serum-free induced adhesion in Jurkat suspension cells. Biotechnol. Bioeng., 2010, Vol. 106, no. 5, pp. 784-793.

9. Bogdan C., Thuring H., Dlaska M., Rollinghoff M., Weiss G. Mechanism of suppression of macrophage nitric oxide release by IL-13: influence of the macrophage population. J. Immunol., 1997, Vol. 159, no. 9, pp. 4506-4513.

10. Caicedo M., Jacobs J.J., Reddy A., Hallab N.J. Analysis of metal ion-induced DNA damage, apoptosis, and necrosis in human (Jurkat) T-cells demonstrates Ni2+ and V3+ are more toxic than other metals: Al3+, Be2+, Co2+, Cr3+, Cu2+, Fe3+, Mo5+, Nb5+, Zr2+. J. Biomed. Mater. Res., 2008, Vol. 86, no. 4, pp. 905-913.

11. Chan L.L.-Y., Lai N., Shen D., Wilkinson A.R., Patton W., Chan E., Kuksin D., Lin B., Qui J. A rapid method for detecting autophagy activity in live cells using cellometer image cytometry. In: Autophagy: Cancer, Other Pathologies, Inflammation, Immunity, Infection, and Aging. Vol. 10. Elsevier: Academic Press, 2016, pp. 169-183.

12. Chen X., Su J., Chang J., Kanekura T., Li J., Kuang Y.H., Peng S., Yang F., Lu H., Zhang J.L. Inhibition of CD147 gene expression via RNA interference reduces tumor cell proliferation, activation, adhesion, and migration activity in the human Jurkat T-lymphoma cell line. Cancer Invest., 2008, Vol. 26, pp. 689-697.

13. Chikte S., Panchal N., Warnes G. Use of LysoTracker dyes: A flow cytometric study of autophagy. Cytometry A, 2014, Vol. 85, no. 2, pp. 169-178.

14. Ermis M., Akkaynak D., Chen P., Demirci U., Hasirci V. A high throughput approach for analysis of cell nuclear deformability at single cell level. Sci. Rep., 2016, 6, 36917. doi: 10.1038/srep36917.

15. Gao P., Wange R.L., Zhang N. Oppenheim J.J., Howard O.M.Z. Negative regulation of CXCR4-mediated chemotaxis by the lipid phosphatase activity of tumor suppressor PTEN. Blood, 2005, Vol. 106, no. 8, pp. 2619-2626.

16. Khlusov I.A., Litvinova L.S., Shupletsova V.V., Khaziakhmatova O.G., Malashchenko V.V., Yurova K.A., Shunkin E.O., Krivosheev V.V., Porokhova E.D., Sizikova A.E., Safiullina L.A., Legostaeva E.V., Komarova E.G., Sharkeev Yu.P. Costimulatory effect of rough calcium phosphate coating and blood mononuclear cells on adipose-derived mesenchymal stem cells in vitro as a model of in vivo tissue repair. Materials, 2020, Vol. 13, no. 19, 4398. doi:10.3390/ma13194398.

17. Khlusov I., Litvinova L., Shupletsova V, Khaziakhmatova O., Melashchenko E., Yurova K., Leitsin V, Khlusova M., Pichugin V., Sharkeev Y. Rough titanium oxide coating prepared by micro-arc oxidation causes down-regulation of hTERT expression, molecular presentation, and cytokine secretion in tumor Jurkat T cells. Materials, 2018, Vol. 11, 360. doi: 10.3390/ma11030360.

18. Kuban-Jankowska A., Knap N., Gorska M., Popowska U., Wozniak M. Protein tyrosine phosphatase CD45 as a molecular biosensor of hydrogen peroxide generation in cell culture media. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2011, Vol. 415, no. 2, pp. 270-273.

19. Lewinska A., Wnuk M., Slota E., Bartosz G. Total anti-oxidant capacity of cell culture media. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol., 2007, Vol. 34, no. 8, pp. 781-786.

20. Liao H.F., Chen Y.J., Chou C.H., Wang F.W., Kuo C.D. Norcantharidin induces cell cycle arrest and inhibits progression of human leukemic Jurkat T cells through mitogen-activated protein kinase-mediated regulation of interleukin-2 production. Toxicol. Vitro, 2011, Vol. 25, pp. 206-212.

21. Litvinova L.S., Khaziakhmatova O.G., Shupletsova V.V., Yurova K.A., Malashchenko V.V., Shunkin E.O., Ivanov P.A., Komarova E.G., Chebodaeva V.V., Porokhova E.D., Gereng E.A., Khlusov I.A. Calcium phosphate coating prepared by microarc oxidation affects htert expression, molecular presentation, and cytokine secretion in tumor-derived jurkat T Cells. Materials, 2020, Vol. 13, no. 19, 4307. doi: 10.3390/ma13194307.

22. Luongo D., Russo R., Balestrieri A., Marzocco S., Bergamo P., Severino L. In vitro study of AFB1 and AFM1 effects on human lymphoblastoid Jurkat T-cell model. J. Immunotoxicol., 2014, Vol.11, pp. 353-358.

23. Perron M., Saragovi H.U. Inhibition of CD45 Phosphatase activity induces cell cycle arrest and apoptosis of CD45+ lymphoid tumors ex vivo and in vivo. Mol. Pharmacol., 2018, Vol. 93, no. 6, pp. 575-580.

24. Poggi P., Mirabella R., Neri S., Assirelli E., Dolzani P., Mariani E., Calder P.C., Chatgilialoglu A. Membrane fatty acid heterogeneity of leukocyte classes is altered during in vitro cultivation but can be restored with ad-hoc lipid supplementation. Lipids Health Dis., 2015, Vol. 14, 165. doi: 10.1186/s12944-015-0166-3.

25. Polacheck W.J., Zervantonakis I.K., Kamm R.D. Tumor cell migration in complex microenvironments. Cell. Mol. Life Sci., 2013, Vol. 70, pp. 1335-1356.

26. Stevens M.J., Donato L.J., Lower S.K., Sahai N. Oxide-dependent adhesion of the Jurkat line of T lymphocytes. Langmuir, 2009, Vol. 25, pp. 6270-6278.

27. Tuomela S., Autio R., Buerki-Thurnherr T., Arslan O., Kunzmann A., Andersson-Willman B., Wick P, Mathur S., Scheynius A., Krug H.F., Fadeel B., Lahesmaa R. Gene expression profiling of immune-competent human cells exposed to engineered zinc oxide or titanium dioxide nanoparticles. PLoS One, 2013, Vol. 8, e68415. doi: 10.1371/journal.pone.0068415.

28. Yuan Y., Lu X., Chen X., Shao H., Huang S. Jagged1 contributes to the drug resistance of Jurkat cells in contact with human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells. Oncol. Lett., 2013, Vol. 6, no. 4, pp. 1000-1006.