 |
Optimizing Her2 targeting reprogrammed (CAR) T-cell based tumor therapy
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
119690 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Vereb, György |
| Title in Hungarian |
HER2 célpontú átprogramozott (CAR) T-sejt alapú daganatterápia optimalizálása |
| Title in English |
Optimizing Her2 targeting reprogrammed (CAR) T-cell based tumor therapy |
| Keywords in Hungarian |
HER2, daganatteráia, trastuzumab, kiméra antigénreceptor (CAR), átprogramozott T-sejt, immunszinapszis, kvantitatív mikroszkópia, in vitro ölés, in vivo modell |
| Keywords in English |
Her2, tumor therapy, trastuzumab,, chimeric antigen receptor (CAR), reprogrammed T-cell, immune synapse, quantitative microcopy, in vitro killing, in vivo models |
| Discipline |
| Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences) | 100 % |
|
| Panel |
Immunity, Cancer and Microbiology |
| Department or equivalent |
Department of Biophysics and Cell Biology (University of Debrecen) |
| Participants |
Rebenku, István
Szöllősi, János
Szöőr, Árpád
Tóth, Csaba Tamás
Tóth, Gábor
Ujlaky-Nagy, László
Zsebik, Barbara
|
| Starting date |
2016-10-01 |
| Closing date |
2021-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
47.997 |
| FTE (full time equivalent) |
11.70 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A daganatellenes immunterápia jelenleg folyamatosan növekvő, és legígéretesebbnek tűnő módszere a adoptív T-sejt transzfer, mely során a beteg saját T-sejtjeibe genetikai (retro- vagy lentivirális transzdukció) módszerrel egy antitestből és a T-sejt receptorból vett aktiváló fehérjealegységekből fúzionált, úgynevezett kiméra antigén receptort (CAR) ültetnek. A CAR T sejtes terápiákból számos a klinikai kipróbálás stádiumáig jutott, legtöbbjük a jelenlegi terápiákra rezisztens limfoid daganatokat célozza. Bár a natív T-sejt receptor által létrehozott immunszinapszisról egyre több, molekuláris szintű információnk van, a CAR T-sejtes terápiát vizsgáló kutatások leginkább sikeres és sikertelen próbálkozások útján fejlődnek, mely során különböző fehérjealegységek kicserélésétől vagy módosításától várják, hogy előnyösebb tulajdonságokat fedeznek fel a preklinikai és a klinikai stádiumban egyaránt. A szolid tumorokat célzó kevés kipróbálás közül az egyik halálos citokin viharral zárult, ami felhívja a figyelmet arra, hogy a szóba jövő CAR komponensek működését és jellemzőit szisztematikusan kell összehasonlítani az aktivitás, hatékonyság, kitartás, és a T-sejtek hosszútávú túlélése szempontjából. Emellett a CAR T-sejtek expanziós képessége és daganatfelismerésének specificitása is javítára szorul. Modellrendszerümkben a jelenleg elérhető antitest terápiára rezisztens HER2+ emlőtumort a CAR T sejtek sikeresen elpusztították, így ez a modellrendszer alkalmas a különböző felépítésű CAR-ok szisztematikus összehasonlítására. Eredményeink általánosságban a CAR T-sejtes terápiák optimalizálását, specifikusan pedig a nagyszámú HER2 pozitív daganat gyógykezelését segíthetik elő.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A projekt hosszútávú célja a CAR T-sejt alapú terápiák optimalizálása, melynek alapját a korábbi, HER2-pozitív emlőtumorokat célzó in vitro és in vivo preklinikai immunterápiás kísérleteink adják. A fő cél a CAR T-sejtek hatékonyságának, tartósságának, hosszútávú fennmaradásának és specificitásának vizsgálata.
A CD28, 4-1BB vagy minkét kostimulációs domént tartalmazó CAR konstruktokkal a T-sejtek in vitro és in vivo működésének és hatékonyságának vizsgálata a jövőbeni CAR konstruktok optimális felépítését alapozza meg. A CAR T-sejtek immunszinapszisainak mikroszkópos elemzése, és az aktivációs kaszkád foszfoproteóm analízise különösen hasznos lesz annak megítélésében, hogy a natív T-sejtes szinapszis egyéb, ismert aktiváló vagy kostimuláló alegységei elősegítenék-e a CAR T-sejtek funkciójának finomítását. Szisztematikus kísérletekkel tervezzük objektíven összehasonlítani a retrovirális és lentivirális transzfekciós rendszerekkel előállított CAR T-sejt használhatóságát.
További kísérletekkel azt vizsgáljuk, hogy a Ppp2r2d foszfatás szabályozó alegység kiiktatása elősegíti-e a CAR T-sejtek on-target expanzióját és túlélését.
Utolsó célként pedig azt vizsgáljuk, hogy a kostimuláló alegységek megosztása a sejten belül két specifikus, de eltérő célpontú CAR fehérje között növelheti-e úgy a CAR T-sejt specificitását, hogy közben az aktiváció hatékonysága ne csökkenjen.
Összességében az eredmények a klinikai terápiában bevezetésre kerülő újabb CAR T-sejt optimális felépítéséhez és működéséhez járulnak hozzá, kiemelt figyelmet fordítva a CAR T-sejtek specificitásának, hatékonyságának, kiitartásának, és perzisztenciájának egyensúlyára.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A tervezett kísérletekkel a kiméra antigén receptort tartalmazó T-sejt alapú terápiák működését általánosságban is vizsgáljuk, molekuláris szinten. Az így nyert ismeretek közvetlenül is hozzájárulnak a CAR terápiák és megtervezéséhez, ahol a CAR konstruktok és T-sejt specificitás, expanzió, hatékonyság, kitartás és perzisztencia tekintetében megfelelő egyensúlyra van optimalizálva.
A molekuláris biológia és modern mikroszkópos módszerek kombinációja általánosságban a CAR terápiák továbbfejlesztését teszi lehetővé, hozzájárul az új megközelítések kifejlesztéséhez, az off-target és off-tumor mellékhatások csökkentéséhez és a kezelés kisszámú autológ T-sejttel történő megvalósításához. Specifikusan pedig lehetővé teszi a HER2 pozitív daganatokat célzó CAR T-sejtes kezelések továbbfejlesztését és preklinikai összehasonlító vizsgálatát.
A személyreszabott terápia, és azon belül a daganatellenes immunterápia a legújabb terápiás megközelítés, és jelenleg is gyorsan fejlődik – de rendkívül összetett és sokoldalú. Az immunszinapszisok kialakulásának és felépítésének kvantitatív vizsgálati eredményeivel szeretnénk hozzájárulni ehhez a fejlődéshez. Egyúttal szeretnénk Magyarországon is népszerű kutatási irányvonalként meghosonítani – jelenleg mi vagyunk az egyetlen kutatócsoport, ami az antitest terápiákon túl az aktív, CAR T-sejtes immunterápiát is vizsgálja.
Nemzetközi szinten munkacsoportunk egyediségét a rendkívül széles spektrumú, kvantitatív mikroszkópos technikák adják, ami a CAR T-sejtes immunszinapszis molekuláris szerveződésének vizsgálatát teszi lehetővé. Az analízis során a korábbi, rekombináns T-sejt receptorral szerzett kísérleti tapasztalatokra alapozunk. A munkaterv kiemelt jelentőségét az a komplex háttér adja, amely lehetővé teszi, hogy molekuláris biológiai tudásunkra alapozva CAR konstrukciókat hozzunk létre, ezekkel sejtbiológiai tapasztalaink alapján in vitro CAR T-sejtes immunszinapszisokat formáljunk, majd a nagy hagyományokkal rendelkező, a molekuláris interakciók vizsgálatára alkalmas kvantitatív mikroszkópos technikáinkat kihasználva olyan megállapításokat tegyünk, melyek végül preklinikai, in vivo transzlációs vizsgálatokban kerülhetnek megerősítésre.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A daganatos immunterápia egyik legújabb és rohamosan fejlődő ága a beteg T-limfocitáinak genetikai módosítása kiméra antigén receptorokkal (CAR-okkal). A CAR receptorok egy antitest alegység és a T-limfocita receptorait felépítő fontos aktiváló részegységek fúziójaként létrehozott szintetikus fehérjék. A CAR T-sejtekkel legelőször a fehérvérűség különféle fajtáinak gyógyításában értek el átütő sikereket, ahol rendkívüli daganatellenes hatást és hosszútávú daganatmentes túléléseket tapasztaltak. A leukémiákban tapasztalt CAR T-sejtes terápiás sikerek után a módszer szolid daganatok kezelésébe történő átültetése következik, ezek azonban sokkal összetettebb célpontok. Az egyes esetekben tapasztalt súlyos mellékhatások, például a halálos kimenetelű általános gyulladás, az ún. „citokin vihar” kivédése a legelső célok között van. Előkísérleteink során sikerrel alkalmaztunk CAR T-sejteket olyan, a HER2 nevű fehérjét termelő emlőrák kezelésére, mely a jelenleg legjobbként alkalmazott antitestes kezelésre nem gyógyult meg. Így ezen a modellrendszeren fogjuk a továbbiakban szisztematikus vizsgálatokkal megállapítani, hogy az egyes napjainkban használt CAR alkotók közül melyek azok, amelyek használatakor a CAR sejtek aktivitása, találati pontossága, kitartása és túlélési képessége optimális egyensúlyban van. Ezt az eredményt csak a CAR működésének, aktiválódásának, jelátviteli mechanizmusainak aprólékos, molekuláris szintű összehasonlító vizsgálatával érhetjük el. Ezután a sejttenyészetekben végzett vizsgálatokat továbbvisszük, és megerősítjük olyan speciális, immunterápiás kutatásokra kitenyésztett egerekben, amelyekben az emberi immunrendszer működése jól modellezhető.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
One steadily expanding modality of cancer immunotherapy is the genetic (retro- or lentiviral) modification and adoptive transfer of the patient's T cells using chimeric antigen receptors (CARs) based on an antibody fused to selected signaling domains of the T cell receptor (TCR) complex. CAR T cells have been in several small clinical trials, most of them targeting lymphoid cancer refractory to traditional treatments. While new information is surfacing continually on the molecular level functioning of native TCR-based killer synapses, the CAR T cell field advances in a trial-and-error manner, designing constructs that splice various molecular motifs of the TCR and examine if, and to what extent, they are effective in the preclinical or clinical setting. Out of the few trials targeting solid tumors one has ended with a lethal cytokine storm, emphasizing the need for better understanding how various CARs build their functional immune synapses and calling for a systematic comparison of the performance of mainstream CAR T cell components and production methods in terms of efficacy, durability, and long term survival. There also is space for improving the efficiency of on target expansion and the specificity of CAR T cells. In our model system CAR T cells targeting HER2 on breast tumor xenografts were curative, while the tumor was resistant to the mainstay antibody treatment. Therefore we have chosen this system to perform a systematic comparison of the current CAR T cell production strategies and thereby help optimize CAR-based therapies in general, and treatment of the multitude of HER2 overexpressing tumors in particular.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The long-term goal of this project is to contribute to the optimization of CAR T cell based therapies, building on our previous experience with the immune targeting of HER2 positive breast tumors in vitro and in preclinical models. The major issues to be addressed are the efficacy, durability, long term survival, and specificity of engineered CAR T cells.
The correlated observation of in vitro and in vivo behavior and function of T cells transduced with CAR constructs containing CD28, 4-1BB, or both, as costimulatory domains will inform the future design of CARS on optimal constructions. The molecular level microscopic exploration of the CAR immune synapse joined with the comprehensive phosphoproteome analysis will particularly be useful in determining if any other stimulatory or costimulatory sequence (with known function in conventional TCR synapses) could be useful in shifting the function of CARs closer to the physiological function expected from TCRs.
A systematic study will be implemented to allow the objective comparison of the relative benefits of the retroviral and lentiviral transfection systems with respect to CAR T cell function.
Futher experiments will inform us whether knockdown of the regulatory Ppp2r2d can promote on-target expansion and survival of CAR T cells.
The last aim is to provide a mode for splitting the co-stimulatory domains between two distict, co-expressed CARs so that T cell efficacy is maintained, but specificity is improved.
The results together will be important in designing future CAR trials where the constituents and mode of CAR T cell generation allow striking the required balance between efficacy, endurance and persistence.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The planned experiments will, on the general level, help us understand how currently evolving chimeric antigen receptor (CAR) T cell based therapies function at the molecular level. The result will be important in designing future CAR trials where the optimized constituents of the CAR construct and mode of CAR T cell generation allows striking the required balance between efficacy, endurance and persistence.
The mechanistic information gained from the combination of molecular biology and advanced imaging tools will help further improve these therapies, and contribute to the development of new approaches leading to reduced off-target and off-tumor side effects, as well as better availability of the treatment even when autologous T cells are scarce. At the specific level, treatment modes of HER2 positive tumors will be further developed and compared up to the preclinical stage.
Immune therapy of tumors is a relatively new concept within personalized medicine still under rapid evolution - it is vastly complicated and multifaceted. We wish to contribute to its evolution by supplying quantitative data about the formation and constitution of immune synapses that are the modus operandi of this approach. At the same time, we would like to make it popular in Hungary, as currently we are the only group doing research in this field. We hope that eventually Hungarian patients can also have access not only to antibody-based treatments, but also to CAR T cell therapy.
At the international level, the uniqueness of this application is that our group is well versed in various state-oft-the-art quantitative microscopic techniques, which allow the systematic comprehensive analysis of the molecular organization of CAR T cell immune synapses. In the analysis, we shall build on our previous experience with the microscopic and functional characterization of recombinant TCRs. The cutting edge is provided by the combination of molecular biology expertise in creating and modifying CAR constructs, cell biology expertise in creating in vitro CAR T cell immune synapses, traditional strength in quantitative microscopy of molecular interactions, and finally being able to translate the in vitro findings to proof of concept in vivo models.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
One of the newest and steadily expanding modality of cancer immunotherapy is the genetic modification of the patient's T lymphocytes using special engineered receptors (called CARs). CARs are based on an antibody fragment binding to the tumor cell and important polipeptide sequences that activate the tumor killing function of T lymphocytes during their normal functioning in the body. The creation of CAR T cells has made a breakthrough in lymphoid cancers and leukaemias, where impressive anti-tumor effects and long term cancer-free survival is seen. After the successes of CAR T cell therapies in leukaemias, solid tumors should be targeted, which are more complex targets and therefore CAR T therapy needs to be further optimized for this purpose. Also, some unfortunate side effects, including the potentially deadly global inflammation called cytokine storm have to be minimized and possibly even eradicated. Our aim is to optimize CAR T cell therapy using a breast cancer model that is unresponsive to currently available clinical treatments. The CAR T cells we have created for the pilot experiment can already destroy this tumor, and cure the experimental animals bearing the tumors. Thus, the model system will allow the optimization process aimed to boost specificity, efficacy, endurance and persistance of these cells. First we analyize the molecular level functioning of the various possible CARs, and then verify in animal experiments that we have found the optimal solution for all challenges.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
