Chimere antigeenreceptoren als immuuntherapie voor
advertisement
8 OVERZICHTSARTIKELEN Chimere antigeenreceptoren als immuuntherapie voor hematologische maligniteiten Chimeric antigen receptors as immunotherapy for hematological malignancies drs. E. Drent1, dr. N.W.C.J. van de Donk2, prof. dr. H.M. Lokhorst2 en dr. T. Mutis3 Samenvatting Summary Inleiding De afgelopen jaren heeft de ontwikkeling van immuuntherapie grote vooruitgang geboekt in de behandeling van kanker. Daarom is ‘immuuntherapie voor de behandeling van kanker’ in 2013 uitgeroepen tot doorbraak van het jaar door het wetenschappelijke tijdschrift Science.1 Dit is deels te danken aan de succesvolle resultaten die werden behaald door behandelingen van leukemie met chimere antigeenreceptoren (CAR’s). Een chimere antigeenreceptor (CAR) is een receptor die is samengesteld uit het antigeenherkenningsgedeelte van een monoklonale antistof dat via genetische manipulatie onderdeel is gemaakt van de T-celreceptor (TCR) (zie Figuur 1A, pagina 304). Een CAR-gen kan door middel Een chimere antigeenreceptor (CAR) is een in het laboratorium vervaardigde cellulaire receptor waarbij het antigeenherkenningsdomein van een antilichaam op een artificiële wijze is gekoppeld aan het cellulaire activerende gedeelte van een T- of NK-cel. Met CAR’s wordt de doeltreffende specificiteit van antilichamen om kankercellen te herkennen, verenigd met de uitmuntende capaciteit van T- of NK-cellen om deze kankercellen te elimineren. CAR-gebaseerde immuuntherapiestrategieën zijn daarom met grote verwachtingen ontvangen door wetenschappers en clinici die de toekomst van kankerpatiënten willen verbeteren. In de afgelopen jaren zijn er veel (pre-)klinische studies gestart en de CAR’s worden steeds verder ontwikkeld tot volwaardige producten door hun doeltreffendheid en de veiligheid te verhogen. Men gaat ook verder op zoek naar nieuwe tumorantigenen om de therapie te kunnen toepassen bij andere vormen van kanker. Dit overzicht is bedoeld om de huidige status van CAR-therapieën en de nieuwe ontwikkelingen op een chronologische wijze uiteen te zetten. (Ned Tijdschr Hematol 2015;12:303-12) A chimeric antigen receptor (CAR) is a, in the laboratory engineered, cellular receptor, with the recognition domain of an antibody artificially coupled to the cellular activating domains of T or NK cells. With a CAR, the effective specificity of antibodies to identify cancer cells is combined with the excellent capacity of T or NK cells to eliminate these cancer cells. CAR-based immunotherapy strategies are therefore considered to have great potential by scientists and clinicians who want to improve the future of cancer patients. In recent years, many (pre)clinical trials started and the CARs are constantly being improved resulting in enhanced effectiveness and safety. Also the search continues to find new tumor antigens in order to apply the therapy in other forms of cancer. This overview is intended to explain the current status of CAR therapies and new developments in a chronological manner. onderzoeker in opleiding, 2internist-hematoloog, 3associate professor, afdeling Hematologie, VU medisch centrum. Correspondentie graag 1 richten aan dhr. dr. T. Mutis, associate professor, afdeling Hematologie, VU medisch centrum, De Boelelaan 1118, 1081 HV Amsterdam, tel.: 020 444 74 13, e-mailadres: [email protected] Belangenconflict: geen gemeld. Financiële ondersteuning: geen gemeld. Trefwoorden: adoptieve T-celtherapie, chimere antigeenreceptoren, multipel myeloom Keywords: adoptive T cell therapy, chimeric antigen receptors, multiple myeloma Jaargang 12, nummer 8 - december 2015 303 OVERZICHTSARTIKELEN A Herkenningsgedeelte (afkomstig van een antilichaam) B T-cel DNA voor een CAR T-celsignalering 41-BB/CD28 en CD3ζ C Tumor antigeen Cytokines CAR-T-cellen worden teruggegeven aan de patiënt CAR CAR Tumorcel Apoptose CAR-T-cel Granzymes perforines Figuur 1. (A) Schematisch overzicht van de chimere antigeenreceptorstructuur met herkenningsgedeelte afkomstig van een monoklonaal antilichaam en een of meerdere signaleringsdomeinen (41-BB of C28 en CD3zeta). (B) Toepassing van CAR-T-celtherapie, waarbij T-cellen van een patiënt worden gehaald uit het bloed, in het laboratorium worden vervaardigd met een CAR en de tumorherkennende CAR-T-cellen worden teruggegeven aan de patiënt. (C) De CAR-T-cel doodt de tumorcel door apoptose te induceren en granzymes/perforine en cytokines uit te scheiden. van virale transductie in T-cellen van een patiënt worden gebracht, waarna de kunstmatige receptor tot expressie komt op T-cellen (zie Figuur 1B).2 Als een CAR-positieve T-cel (CAR-T-cel) het antigeen herkent, bijvoorbeeld op tumorcellen, dan wordt zijn cytotoxische machinerie geactiveerd om de tumorcellen te doden (zie Figuur 1C). Het voordeel van een CAR ten opzichte van een TCR is dat de CAR zijn doelwit op een HLA-onafhankelijke manier herkent.2 Een TCR daarentegen herkent zijn antigeen pas als dit zelf aan een HLA-molecuul is gebonden. Deze zogenoemde ‘HLA-restrictie’ beperkt de brede toepassing van T-celtherapieën, omdat de TCR alleen wordt gebruikt bij patiënten met een overeenkomstig HLA-type. Bovendien kan een tumorcel door middel van ‘down’-regulatie van HLA ontsnappen aan T-celherkenning. Met een CAR omzeilt men het probleem van HLA-restrictie en HLA-‘down’-regulatie. Jaargang 12, nummer 8 - december 2015 304 Ontwerp van een chimere antigeenreceptor De eerste CAR’s bestonden voor een groot deel uit een antilichaam, gekoppeld aan het activerende CD3zeta (CD3ζ)-gedeelte van een TCR.3 De hiermee geproduceerde CAR-T-cellen bleken geactiveerd te kunnen worden via hun CAR’s. Studies lieten echter zien dat deze cellen snel anergisch werden, omdat ze maar één signaal ontvingen dat niet in staat was om ze volledig te activeren. Voor T-celactivatie zijn er, naast de herkenning van het antigeen door de TCR, nog meerdere signalen nodig. Zo wordt het bekendste ‘costimulatoire’ signaal gegenereerd door de interactie van het T-celspecifieke molecuul CD28 met CD80- of CD86-moleculen op antigeenpresenterende cellen. Ook interacties tussen OX40 en OX40L, en 4-1BB met 4-1BBL kunnen T-cellen costimuleren.2 Door de costimulerende domeinen van CD28, 4-1BB of OX40 aan het CAR-construct toe te 8 NEDERLANDS TIJDSCHRIFT VOOR HEMATOLOGIE voegen, worden CAR-T-cellen volledig geactiveerd en kunnen ze na toediening bij patiënten optimaal expanderen en persisteren. Dergelijke CAR’s worden in het algemeen als ‘tweede generatie’ CAR’s aangeduid. ‘Derde generatie’ CAR’s zijn ook ontwikkeld. Ze bevatten minstens 2 costimulerende domeinen naast het signalerende CD3ζ-domein. Er wordt echter nog getwijfeld aan hun effectiviteit en veiligheid. Daarom worden op dit moment voornamelijk klinische studies uitgevoerd met tweede generatie CAR’s. Variaties op CAR-ontwerpen Naast het klassieke CAR-ontwerp zijn er in de afgelopen jaren veel CAR-variaties uitgetest: zo bestaan er onder andere ‘dual’ CAR’s, ‘inhibitory’ iCAR’s en tandem-CAR’s. ‘Dual’ CAR’s Met het ‘dual’-CAR-ontwerp wordt beoogd de tumorspecificiteit te verhogen door T-cellen te voorzien van 2 CAR’s met verschillende antigeenspecificiteit. Zo kan bijvoorbeeld een tumorcel het antigeen A en B tot expressie brengen en gezond weefsel alleen A of B. CAR’s worden dan tegen antigeen A en B gericht, zodanig dat de T-cel alleen volledig wordt geactiveerd wanneer beide receptoren tegelijkertijd hun doelwit herkennen.5 Hiermee voorkomt men dat CAR-T-cellen het gezonde weefsel aanvallen. Om de ‘dual’-CAR’s optimaal tot expressie te brengen, worden de CAR’s met de tandemCAR (TanCAR)-technologie achter elkaar gezet; de receptor kan dan beide antigenen met 1 receptor herkennen.6 Inhiberende (i)CAR’s Tijdens antigeenherkenning krijgen T-cellen niet alleen costimulerende, maar ook co-inhiberende signalen. De inhiberende signalen zijn eigenlijk bedoeld om een buitensporige T-celactivatie tegen te gaan. Dus door de signaleringsdomeinen van co-inhiberende moleculen te gebruiken, is het mogelijk om een inhiberende CAR te ontwerpen. Deze iCAR herkent dan moleculen die zich uitsluitend op gezond weefsel bevinden. Met dit principe wordt ongewenste herkenning van een gezonde cel tegengegaan. Het principe hiervan is aangetoond door inhiberende signaleringsdomeinen, CTLA-4 en PD-1, te gebruiken in CAR-constructen. Door deze iCAR’s als tweede CAR tot expressie te brengen op T-cellen, is men erin geslaagd om de activerende werking van de eerste CAR effectief af te remmen. Huidige CAR-studies In het afgelopen decennium is een groot aantal klinische fase 1- en 2-studies uitgevoerd met CAR’s (zie Tabel 1). De allereerste fase 1-studies waren voornamelijk uitgevoerd bij patiënten met niercelcarcinoom, neuroblastoom, ovariumcarcinoom en B-celmaligniteiten (zie voor een overzicht referentie 8). Deze studies waren echter niet succesvol, omdat ze gebruikmaakten van de eerste generatie CAR’s. Zo bleken bijvoorbeeld in een pilotstudie met 2 non-hodgkinlymfoompatiënten deze CART-cellen na 7 dagen niet meer terug te vinden in het bloed. Deze resultaten gaven de aanzet om CAR’s te ontwikkelen met costimulerende domeinen in het CARconstruct (CD28 of 4-1BB). Om de expansie van de T-cellen te verbeteren, bleek ook dat inhiberende immuuncellen en andere ‘cytokine sinks’ (cytokineonttrekkende cellen) bij de patiënt dienden te worden geëlimineerd. Daarom worden de CAR-T- en andere T-celgebaseerde adoptieve therapieën tegenwoordig toegepast na behandeling van de patiënt met een nonmyeloablatief lymfodepletieregime dat vaak is gebaseerd op lage dosis TBI (totale lichaamsbestraling), cyclofosfamide en fludarabine. B-celmaligniteiten worden herkend met CD19-CAR’s; CD19 is net als CD20 aanwezig op alle B-cellen. De eerste studie met tweede generatie CD19-CAR-T-cellen (CD3ζ-CD28-signalering) werd uitgevoerd bij 1 nonhodgkinpatiënt.9 Er was een partiële respons en de B-cellen waren gedurende 39 weken verdwenen uit de circulatie. In een volgende fase 1-studie werden eerste (CD3ζ) en tweede generatie (CD3ζ-CD28) CAR’s met elkaar vergeleken.10 Er was geen directe respons bij 6 lymfoompatiënten (2 patiënten stabiele ziekte en 4 progressief). Toch bleken de tweede generatie CAR’s vele malen beter te expanderen. De eerste veelbelovende resultaten werden behaald met CAR’s die het 4-1BB-signaleringsdomein bevatten.11 Drie CLL-patiënten werden na lymfodepletie behandeld met autologe CAR-T-cellen. De CAR-T-cellen lieten een 1.000 maal hogere expansie zien en werden 6 maanden na infusie nog steeds gedetecteerd in het bloed. Deze patiënten hadden meerdere behandelingen ondergaan en hadden een zware tumorlast. Desondanks bereikten 2 patiënten een complete remissie en 1 patiënt had een lange partiële remissie. Toch bleken CD3ζ-CD28-CAR’s uiteindelijk ook effectief: 5 van de 8 CLL- en lymfoompatiënten die werden behandeld met CD19-CAR’s verkregen een partiële remissie.12 Een patiënt bereikte zelfs een complete remissie van 60 weken. In een vergelijkbare studie bereikten Jaargang 12, nummer 8 - december 2015 305 OVERZICHTSARTIKELEN Tabel 1. Overzicht van alle klinische studies met chimere antigeenreceptoren. Hierin zijn aangegeven het NCT-nummer (clinicaltrials.gov), de aandoening die wordt behandeld, het eiwit wat als doelwit wordt gebruikt, de fase van de studie en het instituut waar de studie plaatsvindt. NCT-nummer Behandelde ziekte Doelwit Fase Instituut 1 NCT01087294 HL, NHL, B-cellymphoom CD19 I NCI, NIHCC 2 NCT02186860 ALL CD19 I AHAMMS 3 NCT01683279 B-celleukemie CD19 I Seattle 4 NCT01840566 NHL CD19 I MSKCC 5 NCT02081937 NHL-lymfoom, B-celmaligniteiten CD19 I, II PLA 6 NCT02050347 NHL, B-cel-ALL, B-cel-CLL CD19 I Baylor 7 NCT02134262 NHL, B-cel-ALL, B-cel-CLL CD19 I, II Jichi MU/Takara 8 NCT02028455 B-cel-ALL CD19 I, II Seattle 9 NCT01475058 ALL CD19 I, II Fred H CRC/NCI 10 NCT01853631 NHL, CLL CD19 I Baylor 11 NCT00924326 Lymfoom CD19 I NCI 12 NCT01865617 B-cel-NHL CD19 I, II City of Hope/NCI 13 NCT01318317 NHL, B-cel-ALL, B-cel-CLL CD19 I, II Fred H CRC/NCI 14 NCT01593696 NHL, B-cel-ALL, B-cel-CLL CD19 I NCI 15 NCT01860937 B-cel-ALL CD19 I MSKCC/Dana Farber 16 NCT02132624 B-cellymfoom, B-celleukemie CD19 I, II Uppsala 17 NCT02277522 HL CD19 0 U-Penn 18 NCT02030834 NHL’s + CD19+-B-cellymfomen CD19 II U-Penn 19 NCT01430390 Acute lymfatische leukemie CD19 I MSKCC/Juno 20 NCT02247609 B-cellymfomen CD19 I, II Peking University 21 NCT02030847 B-cel-ALL CD19 II U-Penn 22 NCT01626495 B-celleukemie, B-cellymfoom CD19 I U-Penn 23 NCT01864889 ALL, B-cel-ALL CD19 24 NCT01493453 CD19+-NHL CD19 I Prof. R. Hawkins 25 NCT02146924 B-cel-ALL, ALL CD19 I City of Hope/NCI 26 NCT01044069 ALL CD19 I MSKCC 27 NCT01723306 Uitgezaaide tumoren CAE Jaargang 12, nummer 8 - december 2015 306 PLA R. Williams MC 8 NEDERLANDS TIJDSCHRIFT VOOR HEMATOLOGIE Tabel 1 (vervolg). Overzicht van alle klinische studies met chimere antigeenreceptoren. Hierin zijn aangegeven het NCT-nummer (clinicaltrials.gov), de aandoening die wordt behandeld, het eiwit wat als doelwit wordt gebruikt, de fase van de studie en het instituut waar de studie plaatsvindt. NCT-nummer Behandelde ziekte Doelwit Fase Instituut 28 NCT02315612 ALL, NHL CD22 I NCI/NIHCCCente 29 NCT02259556 HL, NHL CD30 I, II PLA 30 NCT01316146 NHL, HL CD30 I Baylor 31 NCT01864902 AML CD33 I, II PLA 32 NCT02159495 Megakaryoblastische leukemie (M7), AML CD123 I City of Hope/NCI 33 NCT01886976 MM CD138 I, II Fred H CRC/NCI 34 NCT02311621 Neuroblastoom, ganglioneuroblastoom CD171 I Seattle 35 NCT02331693 Glioom EGFR I RenJi 36 NCT01869166 EGFR-positieve tumoren EGFR I, II PLA 37 NCT02209376 EGFRvIII+-glioom EGFRvIII 38 NCT01454596 Glioom, glioblastoom EGFRvIII I, II NCI 39 NCT01722149 Pleuraal mesothelioom FAP I University of Zurich 40 NCT02107963 Sarcoom, melanoom GD2 I NCI/NIHCCCente 41 NCT01460901 Neuroblastoom GD2 I Mercy Kansas 42 NCT00902044 Sarcoom HER2 I Baylor 43 NCT01109095 Glioblastoom HER2 I Baylor 44 NCT01935843 HER2-positieve tumoren HER2 I, II PLA 45 NCT00889954 HER2-positieve tumoren HER2 EBV I Baylor 46 NCT02274584 Lymfomen CD30 I, II Peking University 47 NCT01822652 Neuroblastoom GD2 I Baylor 48 NCT01953900 Sarcomen GD2 I Baylor 49 NCT02208362 Astrocytoom, ependymoom, glioom IL13Rα2 I City of Hope/NCI 50 NCT00881920 Lymfoom, MM, leukemie Kappa I Baylor 51 NCT01716364 MM, AML, MDS LeY I Peter MacCallum 52 NCT02159716 Epitheelkanker Meso I U-Penn 53 NCT02203825 AML, gevorderde MDS, MM NKG2D/CS1 I Celdara/Dana Farber 54 NCT01818323 Hoofd- en nektumoren T4 I King’s/NHS U-Penn Jaargang 12, nummer 8 - december 2015 307 OVERZICHTSARTIKELEN Tabel 2. Samenvatting van resultaten met CD19-CAR-T-cellen. Apart afgebeeld zijn de CLL/lymfoom- en ALL-patiëntengroepen. De eerste auteur is aangegeven met referentie in de laatste kolom. Het instituut waar de studie plaatsvond en de behaalde resultaten. Eerste auteur Instituut Uitkomst Referentie Kochenderfer National Cancer Institute 4 lymfoom, 3 PR 4 CLL, 1 CR en 2 PR Blood 2010 Blood 2012 Jensen City of Hope National Medical Center 2 lymfoom, geen respons Biol Blood Marrow Transplant 2010 Savoldo Baylor Charles A Sammons Cancer Center 6 lymfoom, geen respons J Clin Invest 2011 Porter, Kalos University of Pennsylvania 3 CLL, 2 CR en 1 PR N Engl J Med 2011, Sci Transl Med 2011 Brentjens Memorial Sloan Kettering Cancer Center 8 CLL, 3 SD en 1 PD 1 ALL, 1 CR Blood 2011 Cruz Baylor Charles A Sammons Cancer Center 8 patiënten, 1 CR, 1 PR, 1 SD, 3 PD, 2 CCR Blood 2013 Kochenderfer National Cancer Institute 10 patiënten, 1 CR Blood 2013 Kochenderfer National Cancer Institute 11 lymfoom, 5 CR, 3 PR 4 CLL: 3 CR, 1 PR J Clin Oncol 2015 Brentjens Memorial Sloan Kettering Cancer Center 5 ALL, 5 CR Sci Transl Med 2013 Grupp University of Pennsylvania 2 ALL (kinderen), 2 CR N Engl J Med 2013 Davila Memorial Sloan Kettering Cancer Center 16 ALL, 14 CR Sci Transl Med 2014 Lee National Cancer Institute 20 ALL, 14 CR Lancet 2014 Maude University of Pennsylvania 30 ALL (25 kinderen), 27 CR N Engl J Med 2014 Park Memorial Sloan Kettering Cancer Center 27 ALL, 24 CR ASH 2014 #3716 Frey University of Pennsylvania 20 ALL (16 kinderen), 14 CR ASH 2014 #2296 CLL en lymfoom ALL CR = ‘complete remission’/complete remissie, PR = ‘partial remission’/partiële remissie, SD = ‘stable disease’/stabiele ziekte, PD = ‘progressive disease’/progressieve ziekte 3 van de 8 patiënten stabiele ziekte, maar overleed 1 andere patiënt binnen 48 uur aan het zogeheten cytokine-‘release’-syndroom (CRS, zie onderstaande alinea).13 Een patiënt in deze studie met ALL bereikte remissie Jaargang 12, nummer 8 - december 2015 308 en onderging een allogene stamceltransplantatie. Meer recentere studies rapporteerden succesvolle behandeling van agressieve hematologische maligniteiten zoals B-ALL. Vijf B-ALL-patiënten, waarvan 2 met >60% 8 NEDERLANDS TIJDSCHRIFT VOOR HEMATOLOGIE blasten en 2 met minimale restziekte (MRD+) bereikten allen complete remissie.14 Twee kinderen met actieve ziekte bereikten beide complete remissie in een andere studie.15 In een grotere klinische studie met 30 refractaire BALL-patiënten (25 kinderen) bereikten er 27 (90%) complete remissie (CR).16 Binnen deze groep had 78% een algehele overleving van meer dan 6 maanden. In een vergelijkbare fase 1-studie met kinderen en jonge volwassenen (1-30 jaar) bleek ook deze vorm van therapie toepasbaar, zoals werd gepresenteerd op de ASH 2014 (abstract #2296): bij 27 ALL-patiënten behandeld met CD19-CAR-T-celtherapie werd in 89% van de gevallen een complete remissie bereikt (zie Tabel 2). Nadelen van CAR’s: toxiciteit en cytokine‘release’-syndroom Er zijn dus grote successen behaald in klinische studies met CAR’s. In alle studies is echter ook een sterke toxiciteit waargenomen. Bij het analyseren van deze bijwerkingen kunnen de oorzaken worden onderverdeeld in ‘off-target’- (niet op het doelwit) en ‘on-target’ (op het doelwit gericht)-toxiciteit. Bij ‘off-target’-toxiciteit wordt het CAR-molecuul zelf als lichaamsvreemd herkend en roept immuunreacties op. Dit kan gebeuren wanneer er sequenties van muisantilichamen worden gebruikt als herkenningsgedeelte of wanneer delen van het IgG-molecuul worden gebruikt in het extracellulaire gedeelte van de CAR. ‘On-target’-toxiciteit kan zijn de herkenning van het juiste doelwit, maar deze is bijvoorbeeld ook te vinden op gezonde cellen. Er is dan toxiciteit tegen niet-maligne cellen en er ontstaan immuunreacties in specifieke weefsels die het doelwit tot expressie brengen. Een andere heftigere vorm van ‘on-target’-toxiciteit kwam voor het eerst voor met tweede of derde generatie CAR’s. Als gevolg van de heftige T-celactivatie worden veel cytokines geproduceerd door immuuncellen. Dit kan leiden tot een cytokinestorm, ofwel tot het cytokine‘release’-syndroom (CRS). Dit kan gepaard gaan met koorts, misselijkheid, hoofdpijn en algehele malaise, maar ook met respiratoire insufficiëntie, hypotensie en multi-orgaanfalen. Ook zijn pancytopenie zoals trombocytopenie en neurologische effecten met onder andere epileptische insulten beschreven.17 Onder meer een sterk verhoogd IL-6 en interferongammagehalte in serum zijn biomarkers voor CRS. Zoals beschreven in de sectie klinische studies, overleed er 1 ALL-patiënt in de studie met CD19-CAR’s door CRS.13 Ook in de studie van Porter et al. hadden patiënten ernstige bijwerkingen.11 In de studies beschreven in het Memorial Sloan Kettering in de Verenigde Staten werd de ernst van het CRS in verband gebracht met de tumorlast. Daarom wordt verlaging van tumorlast geopperd als belangrijke voorbehandeling voorafgaand aan CART-celinfusie. Als behandeling voor CRS werden aanvankelijk corticosteroïden gebruikt. Het nadeel hiervan is dat CAR-Tcellen hierdoor inactief worden. Later bleek een gerichte vorm van CRS-behandeling met anti-IL6R-antilichaam (tocilizumab) succesvol. De meeste symptomen van CRS verdwenen hiermee binnen enkele uren.17 Meer controle over CAR’s Een ander probleem is dat de CAR-T-cellen kunnen expanderen zodra deze cellen aan de patiënten worden toegediend, waardoor de bijwerkingen in ernst kunnen toenemen. Om controle te bewerkstelligen wordt er geëxperimenteerd met onder andere suïcide genen. Een suïcide gensysteem is ontworpen om op een gewenst moment geïnfundeerde cellen te doden. Een voorbeeld van een suïcide gen is HSVTK, afkomstig van herpessimplexvirus (HSV). Dit cellulaire eiwit kan door ganciclovir worden omgezet in een toxische vorm die dodelijk is voor de cel.18 Een T-cel met een CAR en een HSVTKeiwit kan dus bij ongewenste effecten specifiek worden geëlimineerd door ganciclovirbehandeling. Het virusafkomstige HSVTK-eiwit kan echter een immuunreactie opwekken bij patiënten, waardoor CAR-T-cellen voorzien van dit eiwit vroegtijdig door het immuunsysteem kunnen worden opgeruimd. Een ander suïcide systeem is ‘humaan’ en gebaseerd op een natuurlijk zelfvernietigingsmechanisme: de apoptose (geprogrammeerde celdood). Dit mechanisme wordt gereguleerd door caspaseeiwitten. Tijdens apoptose wordt caspase 9 gedimeriseerd en induceert celdood. Door zijn structuur aan te passen, kan dit eiwit met een klein molecuul (‘dimerizer’) kunstmatig worden gedimeriseerd. CAR-T-cellen, die ook dit gemodificeerde caspase 9 tot expressie brengen, kunnen dan worden gedood door infusie van de ‘dimerizer’ aan de patiënt. Hierdoor kan gereguleerde celdood optreden binnen 30 minuten, met vermindering van de klachten binnen 6-48 uur. Deze nieuwe techniek is niet immunogeen en recentelijk met succes toegepast in klinische studies.19 ‘Inducible’ CAR’s Naast het uitschakelen van CAR-T-cellen kan ook het induceren van CAR-expressie een mogelijkheid bieden om meer controle over de CAR-T-cellen te verkrijgen. Jaargang 12, nummer 8 - december 2015 309 OVERZICHTSARTIKELEN Verhogen effectivitieit - Optimaliseren van CARaffiniteit Voorkomen ontsnapping aan immuunsysteem - Tegengaan immuunsuppressie door Tregs of ‘immune checkpoints’ - Tegengaan microomgeving-geïnitieerde immuunresistentie (CAM-IR) - CAR integreren in de juiste immuuncel - Levensduur CAR-T-cellen bij patiënten verbeteren (geheugencellen) - Genereren van een ‘Off-the-shelf’-product (CAR-T-cellen uit stamcellen) Verbeteren veiligheid - Aan/uitknop, ‘suicide gene’ - Induceerbare CAR - ‘Dual CAR design’, activerend of inhiberend Figuur 2. Overzicht van belangrijke aandachtspunten om de adoptieve CAR-immuuntherapie verder te ontwikkelen. De expressie van een CAR kan bijvoorbeeld met genpromotor worden gereguleerd. De CAR wordt dan pas op de cel gebracht als de patiënt met een klein molecuul of medicijn wordt behandeld. Door te stoppen met toediening, wordt de expressie weer omlaag gebracht en is het mogelijke ‘gevaar’ van de CAR geweken.20 CAR-NK-cellen CAR’s kunnen niet alleen op T-cellen, maar ook op NK-cellen worden gebracht. Hiermee kan men dezelfde cytotoxische werking bewerkstelligen. Met het gebruik van CAR-NK-cellen wordt echter mogelijk geen ‘memory pool’ gevormd zoals bij CAR-T-cellen. Hierdoor worden blijvende nadelige effecten voorkomen. In preklinische studies is de mogelijkheid al getest en er zullen klinische studies starten waarin CAR-NK-cellen worden geëvalueerd. Is behandeling met CAR-T-cellen uit te breiden naar andere patiëntengroepen? CD19 blijkt een goed doelwit voor de behandeling van vele leukemiën en beslaat nu de helft van alle klinische studies (zie Tabel 1). Voor veel typen kanker is echter Jaargang 12, nummer 8 - december 2015 310 nog geen geschikt doelwit gevonden. Dit geldt onder meer voor multipel myeloom, omdat deze cellen geen CD19 tot expressie brengen. Daarom heeft men getracht de MM-cellen te elimineren met CAR’s gericht tegen CD138, Lewis Y-antigeen, BCMA, CS1 en CD44v6 (review).21 CD138- en BCMA-CAR-T-cellen worden momenteel al getest in klinische studies. Een andere veelbelovend doelwit voor myeloom is CD38. Dit molecuul komt 10-100 keer hoger tot expressie op myeloomcellen vergeleken met gezonde hematopoëtische cellen. Een CD38-antilichaam, daratumumab, wordt nu met succes getest in fase 1/2-studies bij myeloompatiënten.22 Om te testen of het ook mogelijk is om myeloom met CD38-CAR-T-cellen te attaqueren, hebben we recentelijk CD38-CAR’s gemaakt en getest in het laboratorium. Onze CD38-CAR-T-cellen bleken uiterst effectief om myeloomplasmacellen van patiënten met resistente ziekte te elimineren. Ook bleken de CD38CAR’s effectief in een door ons ontwikkeld myeloommuizenmodel, waarin we myeloomcellen in een menselijke beenmergomgeving laten groeien tot tumor voordat ze werden behandeld met CAR-T-cellen. CD38 komt echter, hoewel in een veel mindere mate, 8 NEDERLANDS TIJDSCHRIFT VOOR HEMATOLOGIE Aanwijzingen voor de praktijk 1. Chimere antigeenreceptoren (CAR’s) hebben de doeltreffende specificiteit van antilichamen om kankercellen te herkennen, verenigd met de capaciteit van T- of NK-cellen om deze kankercellen te elimineren. 2. Immuuntherapie, zoals CAR-therapie, maakt een snelle en veelbelovende ontwikkeling door in de behandeling van kanker. 3. CD19-CAR-T-cellen zijn zeer effectief gebleken in grote groepen patiënten met B-CLL, B-ALL en lymfoom. 4. Gevolgen van CAR-T-celtherapie, zoals cytokine-‘release’-syndroom, kunnen worden ondervangen door het IL6-receptorblokkerende antilichaam. 5. Om de CAR-therapie voor meer kankerpatiënten mogelijk te maken is verder onderzoek naar CAR-ontwerp, tumortargets en veiligheid noodzakelijk. ook voor op een aantal vitale gezonde weefsels, zoals de hartspier, longepitheel en purkinjecellen in het cerebellum. Om CD38-CAR-T-therapie tot de kliniek te brengen, moet er een uitgebreide veiligheidsanalyse worden gedaan. Dit belicht ook meteen het belang van de keuze van het antigeen dat wordt herkend door CAR’s. CD19 is een goed doelwit, omdat dit B-celspecifiek is, maar ook bij deze behandeling worden patiënten volledig ontdaan van hun gezonde B-cellen en zijn intraveneuze immuunglobuline-infusies noodzakelijk, omdat zij immuundeficiënt zijn geworden. Discussie De afgelopen jaren is de ontwikkeling met T-cellen gericht tegen tumoren enorm toegenomen. Door een specifieke receptor te maken die de kracht van B- en T-cellen combineert, de herkenning door antilichaam en signalering door T-cellen, wordt er een sterke CAR gegenereerd. De eerste klinische studies wezen uit dat deze vorm van therapie mogelijk is, belichten dat voor effectiviteit meerdere signaleringsdomeinen nodig zijn en de behandeling gepaard gaat met vaak ernstige bijwerkingen. Om deze vorm van therapie verder te ontwikkelen zijn er belangrijke aandachtspunten (zie Figuur 2).23 In de eerste plaats moet de keuze en effectiviteit van CAR-T-cellen optimaal zijn. Om specifieke typen tumoren te behandelen is bijvoorbeeld de keuze voor een geschikt tumorantigeen zeer belangrijk om gericht en zonder bijwerkingen te kunnen behandelen. In het geval van B-celmaligniteiten is CD19 een geschikt doelwit, omdat CD19 B-celspecifiek is en patiënten alleen een depletie van B-cellen krijgen. Voor andere maligniteiten is de keuze lastiger te maken, omdat ook andere significante gezonde (hematopoëtische) cellen de marker tot expressie brengen. Daarom is specifiek aandacht nodig om de juiste affiniteit van de CAR’s te optimaliseren. Hierdoor kan een tumorspecifiek effect worden bewerkstelligd, zelfs als de ‘target’-molecuul op een lager niveau aanwezig is op normale cellen. Ook is het belangrijk dat CAR-T-cellen niet al uitgeput moeten zijn wanneer ze aan de patiënt worden toegediend. Recente studies suggereren dat deze algemene tekortkoming van adoptieve T-celtherapie kan worden opgelost door CAR’s in te brengen in cellen met een ‘central memory’ of stamcelstatus.24 Op dit moment is de ontwikkeling van een CAR-T-therapie gericht tegen kanker nog erg uitdagend op technisch en financieel gebied, omdat er 1 receptor in T-cellen wordt gebracht voor 1 individuele patiënt. Wij, en anderen, streven er echter ook naar vanuit stamcellen een universeel ‘off-the-shelf’ T-celproduct te ontwikkelen om meerdere patiënten te behandelen. De effectiviteit van de CAR-T-celtherapie kan ook aanzienlijk worden verbeterd door de immuunontsnappingsmechanismen van tumoren aan te pakken. Deze veelal micro-omgeving-gemedieerde ontsnappingsmechanismen uiten zich niet alleen als suppressie van de effector-CAR-T-cellen, maar ook als een intrinsieke resistentie van de tumor tegen de cytotoxische effecten van CAR-T-cellen.25 De effectieve modulatie van vele ontsnappingsmechanismen is tegenwoordig mogelijk, maar valt buiten de focus van dit overzicht. Er is ook veel terrein te winnen op het gebied van veiligheid van CAR-T-celtherapie door de CAR-T-cellen te voorzien van suïcide genen of door induceerbare Jaargang 12, nummer 8 - december 2015 3 11 OVERZICHTSARTIKELEN CAR’s te ontwikkelen. Wellicht kunnen de ‘dual’-CARtherapiestrategieën hier ook een oplossing bieden. De combinatie van 2 doelwitten kunnen de therapie specifieker maken en de CAR alleen richten tegen 1 specifiek celtype; de tumorcel. Afgezien van deze inhoudelijke verbeteringen is er ook aandacht nodig voor de infrastructuur en financiering van CAR-T-celtherapie. Op dit moment zijn er in Nederland voldoende gecertificeerde GMP-laboratoria in onder andere Amsterdam, Leiden en Utrecht om de genetisch gemodificeerde CAR-T-cellen te produceren, maar voor de klinisch verantwoorde productie en kwaliteitstests van lenti- of retrovirale CARconstructen is men voornamelijk nog aangewezen op centra elders in Europa en in de Verenigde Staten. De verwachting is dan ook dat deze studies vaak zullen worden gesubsidieerd door de industrie en niet eerder dan 2017 in Nederland zullen starten. Het is de verwachting dat toepassing van CAR-T-celtherapie op korte termijn voornamelijk zal plaatsvinden in de recidiefsetting, bij voorkeur bij patiënten bij wie de tumorlast door hernieuwde behandeling laag is. Een situatie die bijvoorbeeld kan worden bereikt na een tweede autologe stamceltransplantatie bij multipel myeloom of succesvolle re-inductiebehandeling bij non-hodgkinlymfoom. De ziektebeelden die op korte termijn dan ook in aanmerking komen zijn de B-celmaligniteiten (lymfoom, CLL, ALL, myeloom) en op langere termijn ook acute myeloïde leukemie. 6. Grada Z, Hegde M, Byrd T, et al. TanCAR: a novel bispecific chimeric antigen receptor for cancer immunotherapy. Mol Ther Nucleic Acids 2013;2:e105. 7. Fedorov VD, Themeli M, Sadelain M. PD-1- and CTLA-4-based inhibitory chimeric antigen receptors (iCARs) divert off-target immunotherapy responses. Sci Transl Med 2013;5:215ra172. 8. Ramos CA, Savoldo B, Dotti G. CD19-CAR trials. Cancer J 2014;20:112-8. 9. Kochenderfer JN, Yu Z, Frasheri D, et al. Adoptive transfer of syngeneic T cells transduced with a chimeric antigen receptor that recognizes murine CD19 can eradicate lymphoma and normal B cells. Blood 2010;116:3875-86. 10. Savoldo B, Ramos CA, Liu E, et al. CD28 costimulation improves expansion and persistence of chimeric antigen receptor-modified T cells in lymphoma patients. J Clin Invest 2011;121:1822-6. 11. Porter DL, Levine BL, Kalos M, et al. Chimeric antigen receptor-modified T cells in chronic lymphoid leukemia. N Engl J Med 2011;365:725-33. 12. Kochenderfer JN, Dudley ME, Feldman S, et al. B-cell depletion and remissions of malignancy along with cytokine-associated toxicity in a clinical trial of antiCD19 chimeric-antigen-receptor-transduced T cells. Blood 2012;119:2709-20. 13. Brentjens RJ, Rivière I, Park JH, et al. Safety and persistence of adoptively transferred autologous CD19-targeted T cells in patients with relapsed or chemotherapy refractory B-cell leukemias. Blood 2011;118:4817-28. 14. Brentjens RJ, Davila ML, Riviere I, et al. CD19-targeted T cells rapidly induce molecular remissions in adults with chemotherapy-refractory acute lymphoblastic leukemia. Sci Transl Med 2013;5:177ra38. 15. Grupp SA, Kalos M, Barrett D, et al. Chimeric antigen receptor-modified T cells for acute lymphoid leukemia. N Engl J Med 2013;368:1509-18. 16. Maude SL, Frey N, Shaw P, et al. Chimeric antigen receptor T cells for sustained remissions in leukemia. N Engl J Med 2014;371:1507-17. 17. Casucci M, Hawkins RE, Dotti G, et al. Overcoming the toxicity hurdles of genetically targeted T cells. Cancer Immunol Immunother 2015;64:123-30. Conclusie Er zijn voldoende resultaten beschikbaar om het succes van CAR-gebaseerde immuuntherapie voor kanker te onderstrepen. Om de CAR-therapie voor meer kankerpatiënten mogelijk te maken is echter verder onderzoek naar CAR-ontwerp, tumor-‘targets’, veiligheid, aandacht voor de infrastructuur en financiering noodzakelijk. 18. Bonini C, Ferrari G, Verzeletti S, et al. HSV-TK gene transfer into donor lymphocytes for control of allogeneic graft-versus-leukemia. Science 1997;276:1719-24. 19. Di Stasi A, Tey S-K, Dotti G, et al. Inducible apoptosis as a safety switch for adoptive cell therapy. N Engl J Med 2011;365:1673-83. 20. Riddell SR, Jensen MC, June CH. Chimeric antigen receptor - modified T cells: clinical translation in stem cell transplantation and beyond. Biol Blood Marrow Transplant 2013;19(1 Suppl):S2-5. 21. Garfall AL, Fraietta JA, Maus M V. Immunotherapy with chimeric antigen Referenties receptors for multiple myeloma. Discov Med 2014;17:37-46. 1. Couzin-Frankel J. Breakthrough of the year 2013. Cancer immunotherapy. 22. Lokhorst HM, Plesner T, Laubach JP, et al. Targeting CD38 with daratu- Science 2013;342:1432-3. mumab monotherapy in multiple myeloma. N Engl J Med 2015;373:1207-19. 2. Sadelain M, Brentjens R, Rivière I. The promise and potential pitfalls of chimeric 23. Ghorashian S, Pule M, Amrolia P. CD19 chimeric antigen receptor T cell antigen receptors. Curr Opin Immunol 2009;21:215-23. therapy for haematological malignancies. Br J Haematol 2015;169:463-78. 3. Eshhar Z, Waks T, Gross G, et al. Specific activation and targeting of cytotoxic 24. Rosenberg SA, Restifo NP. Adoptive cell transfer as personalized immuno- lymphocytes through chimeric single chains consisting of antibody-binding therapy for human cancer. Science 2015;348:62-8. domains and the gamma or zeta subunits of the immunoglobulin and T-cell 25. De Haart SJ, Van de Donk NW, Minnema MC, et al. Accessory cells of the receptors. Proc Natl Acad Sci USA 1993;90:720-4. microenvironment protect multiple myeloma from T-cell cytotoxicity through cell 4. Brocker T, Karjalainen K. Signals through T cell receptor-zeta chain alone are adhesion-mediated immune resistance. Clin Cancer Res 2013;19:5591-601. insufficient to prime resting T lymphocytes. J Exp Med 1995;181:1653-9. 5. Hanada K, Restifo NP. Double or nothing on cancer immunotherapy. Nat Biotechnol 2013;31:33-4. Jaargang 12, nummer 8 - december 2015 312 Ontvangen 3 juli 2015, geaccepteerd 13 oktober 2015.
