In vivo and in vitro generation of tumor antigen-specific T cells using human CD34+ hematopoietic stem cells or engineered mature T cells

Abstract

The last few decades have seen an incredible boost in cancer research that has transformed the clinical reality. However, many patients still do not benefit from current clinical protocols. Can-cer immunotherapy that aims to engage the patient’s immune system in the fight against the dis-ease has emerged as a powerful supplement to standard-of-care treatments. Adoptive cell trans-fer (ACT) lies in the heart of cellular immunotherapies and involves the isolation, expansion, and rejuvenation of a patient’s T cells before reinfusion. Still, reintroduced T cells suffer from poor in vivo persistence and activity, whereas the highly immunosuppressive, adaptive micro-environment, especially of solid cancers, poses an obstacle to ACT’s success. Macrophages, which make up the majority of intratumoral immune cells and are a significant component of the tumor microenvironment (TME), can actively suppress the homing and activity of tumor-specific T cells. Aiming to reprogram the TME and enhance ACT therapies, we describe the generation of tumor-specific ‘armored’ T cells that are further engineered to secrete immuno-modulatory agents. We show that ‘armored’ T cells, producing soluble molecules that block the immunosuppressive cluster of differentiation 47 (CD47)/signal-regulatory protein α (SiRPα) ‘don’t eat me’ pathway, enhance the phagocytic capacity of mouse and human macrophages against human solid tumor targets in vitro and improve tumor control by adoptively transferred T cells in vivo. Furthermore, to achieve long-term antitumor immunity and prolong the in vivo potential of cellular therapies, we report the generation of tumor-specific T cells from genetical-ly engineered hematopoietic stem cells (HSCs) and explore the potential of the generated T cell progenitors in ACT therapy. Thus, our work expands upon established ACT-based methodol-ogies and introduces new cellular products with superior immunomodulatory, tumor-killing properties that can reshape the suppressive cancer microenvironment and mount effective anti-tumor immune responses.

Η τεράστια ώθηση των τελευταίων δεκαετιών στην έρευνα για τον καρκίνο έχει μεταμορφώσει ριζικά την κλινική πραγματικότητα. Ωστόσο, πολλοί ασθενείς εξακολουθούν να μην επωφελούνται από τα τρέχοντα κλινικά πρωτόκολλα. Η ανοσοθεραπεία κατά του καρκίνου που στοχεύει στην ενεργή συμμετοχή του ανοσοποιητικού συστήματος του ασθενούς στην καταπολέμηση της ασθένειας έχει αναδειχθεί ως ισχυρό συμπλήρωμα στις τυπικές θεραπείες περίθαλψης. Η αυτόλογη μεταφορά Τ λεμφοκυττάρων (ACT) βρίσκεται στην καρδιά των κυτταρικών ανοσοθεραπειών και περιλαμβάνει την απομόνωση, πολλαπλασιασμό και αναζωογόνηση των Τ κυττάρων του ασθενούς, πριν την επανέγχυσή τους. Παρ’ όλα αυτά, τα επανεισαγόμενα Τ λεμφοκύτταρα χαρακτηρίζονται από περιορισμένης διάρκειας παρουσία και δραστηριότητα in vivo, ενώ το ιδιαίτερα ανοσοκατασταλτικό, προσαρμοστικό καρκινικό μικροπεριβάλλον, ειδικά των στερεών όγκων, αποτελεί εμπόδιο στην επιτυχία της ACT. Τα μακροφάγα, που αποτελούν την πλειοψηφία των ανοσοκυττάρων σε πολλούς όγκους και αποτελούν σημαντικό συστατικό του καρκινικού μικροπεριβάλλοντος, μπορούν να καταστείλουν ενεργά τη συσσώρευση και τη δραστηριότητα των Τ κυττάρων που αναγνωρίζουν ειδικά τον όγκο. Αντίθετα, δενδριτικά κύτταρα μπορούν να υποστηρίξουν αντικαρκινικές ανοσολογικές αποκρίσεις και να διεγείρουν αποτελεσματικά τη δραστηριότητα των Τ κυττάρων. Με στόχο τον επαναπρογραμματισμό του καρκινικού μικροπεριβάλλοντος και την ενίσχυση των θεραπειών ACT, περιγράφουμε τη δημιουργία ειδικών για τον όγκο «θωρακισμένων» Τ κυττάρων που έχουν περαιτέρω τροποποιηθεί ώστε να εκκρίνουν παράγοντες με ανοσορρυθμιστική δράση. Δείχνουμε ότι τα «θωρακισμένα» Τ κύτταρα παράγοντας διαλυτά μόρια που μπλοκάρουν το ανοσοκατασταλτικό μονοπάτι CD47/SiRPα ενισχύουν τη φαγοκυτταρική ικανότητα μακροφάγων που προέρχονται από ποντικό και άνθρωπο έναντι ανθρώπινων καρκινικών κυττάρων in vitro και βελτιώνουν τον έλεγχο του καρκινικού όγκου in vivo. Επιπλέον, για να επιτύχουμε μακροπρόθεσμη αντικαρκινική προστασία και να παρατείνουμε την παρουσία και δράση των κυτταρικών θεραπειών in vivo, αναφέρουμε τη δημιουργία Τ κυττάρων ειδικών για τον όγκο από γενετικά τροποποιημένα αιμοποιητικά βλαστοκύτταρα και διερευνούμε τον πιθανή χρήση των παραγόμενων προγονικών Τ κυττάρων στην κυτταρική θεραπεία με Τ λεμφοκύτταρα. Εν κατακλείδι, η έρευνά μας χρησιμοποιεί ως εφαλτήριο και ενισχύει καθιερωμένες μεθοδολογίες που βασίζονται στη μεταφορά κυττάρων, και εισάγει νέα κυτταρικά προϊόντα με βελτιωμένες ανοσορρυθμιστικές και αντικαρκινικές ιδιότητες, τα οποία μπορούν να αναδιαμορφώσουν το κατασταλτικό καρκινικό μικροπεριβάλλον και να πυροδοτήσουν αποτελεσματικές ανοσολογικές αντιδράσεις κατά του καρκίνου.