Verbundprojekt: Fighting cancer with optimal personalized immunotherapies (IMAGINE); Visualisierung von Rezeptoren und Antigenen zur Optimierung der Zellulären Immuntherapie

Abstract

Dieses Teilvorhaben beschäftigt sich mit der Optimierung der Funktion der CAR-T-Zellen, um zukünftig noch funktionalere Zellprodukte für den klinischen Einsatz bereitstellen zu können, sowie dem therapeutischen Ansprechen und der Expression oder Abwesenheit eines oder mehrerer Zielantigene auf den Tumoren. Während gegenwärtig nicht bekannt ist, wie viele Rezeptoren pro Zelle für eine erfolgreiche Therapie benötigt werden, gibt es Evidenz, dass schon sehr geringe Mengen der Zielantigene ausreichend sein können. Die derzeit routinemäßig eingesetzten Methoden wie Durchflusszytometrie (FACS) sind zur Bestimmung einer sehr niedrigen Rezeptorexpression auf primären Zellen bei weitem zu unempfindlich. Aus diesem Grund erfolgte im Rahmen dieses Teilprojekts die vergleichende Quantifizierung von tumor-assoziierten Membranrezeptoren wie CD19, ROR1 und ROR2 auf Patientenzellen mittels dSTORM. Beispielsweise wurden von allen untersuchten Patienten mit Multiplem Myelom mittels Durchflusszytometrie nur 14% der Patienten als klar CD19 positiv gemessen, während mit Hilfe von dSTORM bei mehr als 70% der Patienten CD19 auf Myelomzellen nachgewiesen werden konnte. Auch für weitere Antigene konnten mittels dSTORM derartige subdurchflusszytometrische Antigenlevel nachgewiesen werden. Obwohl diese Zielantigene also an/unter der Nachweisgrenze standardmäßig angewandter Detektionsmethoden liegen, zeigt sich, dass die vorhandenen Antigenlevel für eine Erkennung durch CAR-T-Zellen ausreichend sind, und zur Zerstörung der Tumorzellen genügen können. Zur Steigerung der Sensitivität und Reaktivität der CAR-T-Zellprodukte wurden im Teilprojekt umfangreiche Optimierungen im Design des CAR-Rezeptors im Hinblick auf Affinität der Bindedomäne vorgenommen und funktionell evaluiert. Weiterhin wurde der extrazelluläre Spacer von CAR-Rezeptoren mehrerer Spezifitäten spezifisch an die jeweiligen Zielmoleküle angepasst und optimiert. Diese Modifikationen führen zu einer stark verbesserten Funktionalität und steuerbarer Reaktivität gegenüber herkömmlichen CAR-Rezeptoren im Zellkultur- sowie in in vivo Xenograft-Modellen. Zur Untersuchung von primären Patientenproben wurde ein klinisches Studienprotokoll erarbeitet und von der lokalen Ethikkommission genehmigt. CAR-Rezeptoren und Zielmoleküle wurden erfolgreich auf der T-Zell- und Tumorzelloberfläche detektiert und quantifiziert, und es erfolgte eine Visualisierung der Effektivität der CAR T-Zelltherapie. In diesem Zusammenhang konnte das Projekt wertvolle neue Erkenntnisse gewinnen, unter anderem die Entdeckung von zwei neuen prognostischen Markern, die bereits vor Therapie zeigen können, ob das Ansprechen auf eine Behandlung mit CAR-T-Zellen stark oder eher schwächer ausgeprägt sein wird. Des Weiteren konnten wir Unterschiede in CAR-Expression und -Clustering mit Unterschieden in der Antitumorwirksamkeit korrelieren, und zudem zeigen, dass Unterschiede zwischen verschiedenen klinisch zugelassenen CAR-T-Zellprodukten im Hinblick auf ihre Expansionskinetik auch mit Unterschieden in der Tiefe der Tumorregression und damit der Länge des progressionsfreien Überlebens einhergehen. Das Projekt trägt damit entscheidend dazu bei, die Immuntherapie am Standort Deutschland zu verbessern und verträglicher zu machen.