Enhanced cryoimmunotherapy against urogenital cancers

Immun sjekkpunkthemmere og CAR-T-celler viser immunforsvarets iboende evne til å overvinne selv avansert kreft. Likevel er det bare en del av alle kreftpasienter som drar nytte av slik immunterapi. En begrensning ved immun sjekkpunkthemmere er at de først og fremst stimulerer immunitet som allerede er etablert, men er hemmet, hos pasienten. Dendrittiske celler (DC) kan derimot skape ny immunitet mot tumorassosierte antigener, populært formulert kan de «gjøre en immunologisk kald tumor varm». Immun sjekkpunkthemmere kan deretter forsterke den nye anti-kreft immuniteten. Dette prosjektet utvikler DC-basert kryoimmunoterapi (CryoIT). CryoIT har flere teoretiske fordeler sammenlignet med andre immunterapimetoder. Den innledende kryoablasjonen (fryse-tine-sykluser av svulstvev inne i pasienten) forårsaker nekrose av tumorceller med frigjøring av tumorassosierte antigener og med reduksjon av tumorstørrelse. Store mengder umodne DC-er injiseres deretter inn i det frysedrepte vevet. DC-ene blir dermed eksponert for alle tumorassosierte antigener i den enkelte pasient. De fleste DC-baserte protokoller aktiverer DC-ene ved å bruke bare én eller noen få utvalgte peptidsekvenser, og mangler derfor CryoIT sin evne til å takle det formidable terapøytiske problemet med heterogene kreftceller. Kryoablasjon skaper i tillegg et lokalt pro-inflammatorisk mikromiljø med faresignaler og cytokiner som er grunnleggende for at DC-er skal aktivere det adaptive immunforsvaret. Uten faresignaler og uten pro-inflammatoriske cytokiner i mikromiljøet kan dendrittiske celler instruere immunsystemet til å bli tolerant mot antigenet som heller skulle angripes. De fleste tidligere og pågående DC-baserte kliniske studier har injisert modne DC-er i huden eller i blodet. CryoIT sin intratumorale DC-injeksjon synes fordelaktig, med kort avstand til lokalt drenerende lymfeknuter og posisjonering av DC-er for å krysspresentere tumorassosierte peptider til cytotoksiske CD8-positive lymfocytter. Vår eksperimentelle forskning har det siste året indikert ytterligere fordeler med intratumoral injeksjon av DC-er. Ved aktivering og modning er sentrale DC-immunmoduler tidsregulerte. Produksjonen av interleukin 12 topper seg etter noen timer og har en tendens til å bli nedregulert etter standardperioden på 24 timer som brukes i de fleste modningsmetoder i cellekultur. Etter forlenget modning blir produksjonen av interleukin 12 kompromittert ved senere interaksjon med lymfocytter. Interleukin 12 er blant de viktigste faktorene som brukes av DC-er for å oppnå lymfocytt Th1-polarisering som er nødvendig for å angripe kreftceller. En lignende tidlig topp, men vedvarende uttrykk, har blitt funnet for det immunhemmende enzymet indoleamin 2,3-dioxygenase (IDO-1). Når DC-er blir aktivert og modner inne i tumor, kan optimal fysiologisk timing av immunaktivering utnyttes direkte. Ytterligere innsikt og kontroll over de tidsmessige forholdene ved DC-aktivering vil være nødvendig før vi trygt kan hevde robust produksjon av mer potente terapøytiske DC-er. IDO-1 uttrykk representerer et dilemma for hele det internasjonale DC-feltet fordi interferon gamma er dens sterkeste stimulator. Samtidig anses interferon gamma som essensielt for anti-kreft immunaktivering. Det er mulig at denne IDO-1-modulen representerer en viktig tilbakekobling som kritisk begrenser anti-kreftaktiviteten til DC-er. En annen immunhemmende modul er basert på interleukin 10. Vi har undersøkt rollen til WNT/beta-catenin-signalering i både IDO-1 og interleukin 10-regulering. Vi har funnet det nødvendig å sammenligne disse kompliserte regulatoriske modulene mellom forskjellige typer DC-er. De standardiserte monocyttderiverte DC-ene sammenlignes med tolerogene DC-er og de naturlige konvensjonelle DC-ene i blodstrømmen. Det er for øyeblikket ukjent i hvilken grad monocyttderiverte DC-er kan rekapitulere de immunaktiverende egenskapene til konvensjonelle DC-er. I løpet av det siste året har antistoff som forbedrer isoleringen av konvensjonelle DC-er av «good manufacturing practice»-grad blitt tilgjengelige og muligjør kritisk evaluering av de mest potente DC-ene. Logistikken for biopsier fra blod og svulster har blitt forbedret i INJURMET EU-samarbeidet i løpet av det siste året. Blodprøver samlet fra prostatakreftpasienter ved vår urologiske avdeling blir undersøkt i Hamburg for sirkulerende tumorceller og sirkulerende DNA. Prostatakreftbiopsier undersøkes parallelt med patologi, nukleinsyresekvensering og HLA-typing av laserdissekerte områder i tumor. Konklusjonen er at CryoIT har uvanlige teoretiske fordeler og har dokumentert lovende fullførte og publiserte utprøvningsresultat i pasienter. Regulatoriske moduler som ytterligere kan potensere CryoIT har blitt identifisert og utforskes videre.

Cryoimmunotherapy (CryoIT) is currently tested on patients with metastatic prostate cancer in a Phase I Clinical Trial (Clinical.trials.gov. NCT02423928). The very recent interim analysis of the 13 first treated patients motivates the present project application. Cancer cell heterogeneity is the main underlying reason that invasive cancer exhibits resistance and relapses following therapy. CryoIT is a unique concept because it can tackle the formidable challenge of cell heterogeneity. Dendritic cells (DCs) are the most efficient antigen-presenting cells of our body. According to CryoIT, large numbers of the patients’ own DCs are injected into the cancer tissue inside the body following cryoablation (freezing) by advanced equipment. DCs thereby can find and present to the immune system any tumor-associated antigen. Additionally, freezing creates inflammation that stimulates DCs and immune attack. The interim analysis concludes that CryoIT is safe and well tolerated and with several treatment effects as measured by radiology, circulating tumor cells and immunomonitoring. Most importantly, ultradeep DNA sequencing of the T-cell receptor revealed that NEW and robust T-lymphocyte clones formed following CryoIT. This is evidence of immune activation against the tumor. Phase I/IIA clinical trial is now planned as a BASKET trial, meaning that several different cancer types can be treated. Several possibilities to increase treatment efficiency will be approached in the present project: a) intervention at earlier stage disease; b) booster strategy with repeated DC vaccination which until now was done one time per patient; c) enhancement of the NEW immune clones by FDA-approved compounds that stimulate the immune attack and counteract immune evasion. Integrated tasks are therapeutic DC production in Bergen and establishment of model systems, including ex vivo DC and organoid cultures to test drug compounds and establish extended quality control of improved DC preparations.