ZonMw-subsidie voor translationeel onderzoek naar innovatieve T-celtherapie

25-08-2019 John Haanen, immuno 2019

Binnen het Antoni van Leeuwenhoek te Amsterdam wordt sinds enige tijd gewerkt aan een nieuwe immunotherapie, waarbij de T-celreceptor (TCR)-genen van ‘fitte’ T-cellen geïsoleerd uit bloed met behulp van CRISPR-Cas9-technologie worden vervangen door TCR-genen uit ‘uitgeputte’ tumorinfiltrerende lymfocyten (TIL’s) van dezelfde kankerpatiënt. Deze TIL’s zijn in vitro gescreend op de affiniteit van hun TCR voor neoantigenen in het betreffende tumorweefsel. Om deze strategie naar de kliniek te tillen stelt ZonMw nu 1,5 miljoen euro beschikbaar. Internist-oncoloog en immunoloog prof. dr. John Haanen is een van de drie projectleiders. “In deze proof-of-conceptstudie zullen vijf melanoompatiënten worden behandeld met een op hun kanker toegesneden set T-cellen.”

Deze verbeterde vorm van T-celtherapie is binnen het Antoni van Leeuwenhoek bedacht en opgezet door tumorimmunoloog dr. Wouter Scheper, apotheker en celtherapieontwikkelaar dr. Joost van den Berg en John Haanen, themaleider immuuntherapieonderzoek. “We hebben binnen het Antoni van Leeuwenhoek een aantal nieuwe technologieën ontwikkeld en die willen we nu combineren en doorontwikkelen naar klinische toepassing,” vertelt Haanen. “Gemuteerde eiwitten worden in cellen net als normale eiwitten afgebroken. Zo worden er ook peptiden gevormd die, gebonden aan de MHC-moleculen op het celoppervlak, worden gepresenteerd aan T-cellen. Tegen deze neoantigenen op de tumorcellen bestaat geen tolerantie; ons T-celrepertoire is in staat ze te herkennen.
Dat is ook de gedachte achter de therapie die is gebaseerd op het uit operatief verwijderd tumorweefsel isoleren van zogeheten tumorinfiltrerende lymfocyten (TIL’s). Deze TIL’s worden dan in het laboratorium tot miljarden cellen vermeerderd en via een infuus aan de patiënt teruggegeven. Dit leidt in 10-20% van de gevallen tot een spectaculaire uitkomst. Kankercellen ontwikkelen echter eigenschappen waardoor ze de activiteit van T-cellen effectief kunnen blokkeren en tegenwoordig beschikken we over zogeheten checkpointremmers, zoals anti-PD-1 en anti-CTLA-4, die deze blokkade weer ongedaan kunnen maken.
Immunoloog prof. dr. Ton Schumacher, met wie ik binnen dit instituut al vele jaren samenwerk, stelde zich de vraag waarom de aanwezigheid van TIL’s lang niet altijd voorspelt hoe tumoren gaan reageren op behandeling met checkpointremmers - de aanwezigheid van veel TIL’s is beslist geen garantie. Dat zal deels worden veroorzaakt door nog onbekende TIL-inactiverende mechanismen in het tumorweefsel, maar zou er ook een probleem kunnen zijn met de herkenning van neoantigenen door de T-celreceptoren (TCR’s) op de TIL’s?”

Uitgeputte TIL
T-cellen die niet in staat zijn tot herkenning van omringende tumorcellen worden aangeduid als ‘omstander’, maar veel van de T-cellen in tumoren zijn vaak ook ‘uitgeput’ - ze prolifereren nauwelijks en zijn tamelijk inactief. Dat laatste maakt het lastig om te kunnen vaststellen in hoeverre een gebrek aan interactie tussen de TCR en tumorantigeen bepalend is voor falende immunotherapie.
Om het toch te kunnen onderzoeken bedacht men binnen Schumachers groep de volgende strategie: verzamel uit vers tumorweefsel TIL’s, isoleer vervolgens uit elke cel de TCR-genen en breng die met een retrovirale vector over in normale T-cellen uit het bloed van willekeurige gezonde individuen. Die maximaal reactieve cellen krijgen er dan dus een TCR bij.
De vraag is nu of ze ook de tumorcellen zullen herkennen. Wat bleek in een eerste kleine studie: bij ovarium- en coloncarcinoom was dat bij zo’n 5-10% van de TCR-genen het geval. Bij melanoom lag het percentage aanzienlijk gunstiger: ongeveer 60%.1 Haanen: “Bij tumoren die nauwelijks op anti-PD-1 reageren kan het probleem dus inderdaad zijn dat de TIL’s daar om een heel andere reden zijn beland. Een deel van die niet-reactieve TIL’s bleek specifiek voor virussen als epstein-barrvirus en cytomegalovirus. Het bleken gewoon nutteloze ‘omstanders’ te zijn.”
Maar stel dat je eens gaat kijken naar welke TIL’s de tumorcellen wél kunnen herkennen, kan je die informatie uiteindelijk gaan gebruiken om kankerpatiënten te behandelen? “Als je TCR’s die specifiek zijn voor tumorantigenen in normale actieve T-cellen van de patiënt stopt en die aanwendt voor T-celtherapie, dan verrijk je de celpopulatie die de tumor daadwerkelijk kan herkennen en opruimen enorm. Het probleem is alleen: hoe zet je die TCR-genen in de T-cellen van de betreffende patiënten? Tot nu zijn daar als vector altijd retro- en lentivirussen voor gebruikt, want die zijn in staat DNA-fragmenten in het genoom te incorporeren; aldus krijg je een stabiele productie van TCR’s. Maar het grote nadeel van virale transducties is dat je voor elke TCR een nieuwe productie moet runnen. Dat is extreem kostbaar en tijdrovend - zodra je beschikt over het TCR-genbevattende virus kan de patiënt al overleden zijn.”

TCR vervangen met CRISPR-Cas9
Toch is er inmiddels een technologie die uitweg biedt. Medio vorig jaar maakte de onderzoeksgroep van dr. Alexander Marson in San Francisco, Verenigde Staten, bekend dat men er in was geslaagd om, zonder gebruik te maken van een virale vector, met behulp van een CRISPR-Cas9 genome targeting-systeem in T-cellen het TCR-gen te vervangen. De nieuwe TCR was specifiek gericht op het herkennen van tumorantigenen en de veranderde T-cellen lieten in preklinische experimenten opmerkelijke antitumorresponsen zien.2 Ook de groep van prof. dr. Dirk Busch in München, Duitsland, heeft onlangs de potentie van deze specifieke toepassing laten zien.3
Wat het ZonMw-project nu beoogd is om, in samenwerking met de Duitse onderzoeksgroep, dit concept uit te werken voor toepassing bij patiënten. Scheper en Schumacher hebben een methode opgezet om op grote schaal TCR’s en de geassocieerde neoantigenen te identificeren, gebruikmakend van zogeheten TCR-libraries. Van den Berg is verantwoordelijk voor het vertalen van laboratorium naar klinische toepassing, dus voor de stappen die nodig zijn voor good manufacturing practice (GMP). Haanen ten slotte zal verantwoordelijk zijn voor een eerste toepassing van dit GMP-product bij vijf melanoompatiënten.

Gepersonaliseerd en academisch
“Dit is dus echt behandeling op maat,” vervolgt Haanen. “Je stelt hoogstens als voorwaarde dat de neoantigenen een hoge affiniteit moeten hebben voor MHC-moleculen van de patiënt, niet te veel lijken op wildtype antigenen, zodat de kruisreactiviteit met peptiden op normale cellen minimaal is, en dat ze relatief hoog tot expressie komen in tumorcellen. Het isoleren van TCR’s kan gewoon in het laboratorium worden uitgevoerd, maar na selectie van de geschikte TCR’s voor klinisch gebruik moet alles wel clinical grade zijn, en dat vereist de nodige aanpassingen. Je werkt grootschaliger en met gesloten systemen. In de klinische studie willen we toe naar een proof-of-concept, laten zien dat deze benadering veilig is en geen onoverkomelijke bijwerkingen geeft, en dat de T-cellen overleven, de tumor bereiken en een significante respons geven.”
Haanen denkt dat het op academisch niveau vertalen naar klinische toepassingen een zeer goede ontwikkeling is. “Prachtig dat daar in Nederland geld voor beschikbaar is. Als je op hoog niveau wilt blijven meespelen op het gebied van immuno- en celtherapie, zonder bemoeienis van het bedrijfsleven, zijn dit soort subsidiemogelijkheden cruciaal. Zodra de industrie zoiets oppakt, wordt zo’n therapie vermoedelijk onbetaalbaar, maar omdat we dit academisch kunnen ontwikkelen, zullen de kosten uiteindelijk beheersbaar blijven.”

Referenties
1. Scheper W, et al. Nature Med 2019;25:89-94.
2. Roth TL, et al. Nature 2018;559:405-9.
3. Schrober K, et al. Nature Biomed Eng 2019, DOI: 10.1038/s41551-019-0409-0

Dr. Jan Hein van Dierendonck, wetenschapsjournalist

Immunoncologie.nl 2019 vol 3 nummer 2