Malgré la faible fréquence de cellules T antigène-spécifiques dans le sang (en général entre 1/10000 et 1/100000), il est possible d'isoler et de multiplier in vitro ces cellules. Pour ce faire, on incube les cellules en présence de l'antigène, d'IL-2 et de cellules mononucléées autologues irradiées. Les cellules mononucléées servent de cellules présentatrices d'antigène. Après deux jours d'incubation, on restimule avec l'antigène et des cellules présentatrices. Cette stimulation hebdomadaire est repétée plusieurs fois. Ces conditions permettent de multiplier le faible nombre de cellules antigène-spécifiques présent dans la culture de départ ; en revanche, elles restent diluées dans une majorité de cellules T non spécifiques. On effectue donc une dilution limite des cultures qui montrent des signes de croissance (les cellules en prolifération forment souvent de grands amas) ; après ce clonage, certains puits de la plaque de culture contiendront une seule cellule T. Les clones de cellules T peuvent ensuite être propagés en présence d'IL-2 et d'antigène.
Les cellules T cytotoxiques (CTL) spécifiques d'un antigène peuvent tuer des cellules présentant l'antigène correspondant par leurs molécules HLA. En revanche, les cellules tueuses naturelles (NK) tuent des cellules n'exprimant pas de molécules du CMH ou des molécules du CMH étrangères. Le test de relargage au chrome (ou chrome-release assay) est le test standard de la fonction des CTL et des cellules NK. Les cellules cibles sont marquées au chrome radioactif (51Cr) qui se lie aux protéines cytoplasmiques. Une petite fraction de la radioactivité est relarguée spontanément par les cellules (lyse spontanée ou background). Après l'ajout de cellules effectrices à des concentrations différentes, les cellules cibles sont lysées en 4 à 6 heures. Cette lyse est liée à la perméabilisation de la membrane cellulaire par la perforine et les graiizymes, ce qui permet le relargiige du chrome radioactif détectable dans le surnageant. Plus la lyse est efficace (killing), plus la quantité de chrome libérée est importante. Le relargage maximal est détemine par l'ajout d'un détergent (par exemple le Moton). Le taux de lyse dépend aussi du rappon effecteur/cible et il est calculé à l'aide d'une for. mule. En revanche, cette méthode ne permet pas de détecter la mort cellulaire par apoptose.
Le test de relargage au chrome a tendance à sous-estimer l'efficacité de la lyse par les cellules effectrices. Certaines cellules meurent par apoptose, ce qui ne peut être détecté puisque les vésicules apoptotiques possèdent une membrane intacte qui retient le 51Cr.
Dans le Jam-test, les cellules cibles sont d'abord incubées en présence de thymidine marquée au tritium, qui est incorporée dans l'ADN Lors de la mort par apoptose, l'ADN est fragmenté en petits morceaux. En collectant les cellules avec un appareil automatisé, l'ADN de haut poids moléculaire des cellules intactes est retenu par le filtre, alors que les fragments d'ADN de faible poids moléculaire des cellules apoptotiques passent dans les déchets. Une formule permet de calculer le taux de lyse.