Overcoming Safety and Efficacy Challenges of Adoptive T-Cell Therapy with Cytokine-Coding Oncolytic Adenoviruses

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6615-9
Title: Overcoming Safety and Efficacy Challenges of Adoptive T-Cell Therapy with Cytokine-Coding Oncolytic Adenoviruses
Author: Santos, João Manuel
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Translational Immunology Research Program
Doctoral Program in Clinical Research
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-10-30
Language: en
Belongs to series: Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis (77/2020) - URN:ISSN:2342-317X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6615-9
http://hdl.handle.net/10138/320155
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The onset of cancer progression is largely mediated by a dysfunctional adaptive immune system which fails to actively eradicate tumor cells. Adding to the demand for viable long-term curative options for advanced or metastatic cancers, immunotherapeutic strategies have been developed with the intent of efficiently restoring antitumor immunity. An approach to achieve the latter consists in the generation and expansion of tumor-specific T-cells for adoptive infusion in cancer patients, in a process defined as adoptive T-cell therapy (ACT). Clinical application of ACT has provided effective and durable antitumor responses in some advanced or metastatic cancers, however employment of toxic pre- and postconditioning in ACT treatment regimens does not render this therapeutic modality accessible to all cancer patients. The applicability of ACT is further narrowed considering that its efficacy is tightly linked to a niche of tumor types which feature high immunogenicity and low immunosuppressive capabilities. Given the safety and immunological effects of oncolytic adenovirus therapy, we hypothesized that oncolytic adenoviruses coding for tumor necrosis factor alpha (TNFα) and interleukin-2 (IL-2) (Ad5/3-E2F-D24-TNFα-IRES-IL2) could supply, additional proinflammatory stimulus for improved safety and, efficacy of ACT in immunosuppressive tumors. For in vivo validation of this concept, Syrian hamsters were used, considering that human adenovirus replication is possible, human TNFα and IL-2 are bioactive and, tumor-infiltrating lymphocyte (TIL) therapy can be performed. Studies in mice with cytokine-coding replication-incompetent adenoviruses allowed, detailed immunological characterization after virus therapy and the use of T-cell receptor (TCR)-engineered ACT. Ex vivo studies in ovarian cancer clinical samples allowed the study of Ad5/3-E2F-D24-hTNFα-IRES-hIL2 in an immunosuppressive microenvironment in the context of TIL therapy. Local therapy with Ad5/3-E2F-D24-hTNFα-IRES-hIL2 induced systemic virus spread, increased TIL trafficking and NK cells and, decreased M2 macrophages in local and distant tumors. Cytokine-coding adenovirus treatment negatively impacted tumor growth with the increased expression levels of chemokines and other immunologically important genes. Replacement of a lymphodepleting regimen with TNFα and IL-2 coding adenoviruses allowed comparable antitumor efficacy and survival of animals receiving ACT. Adenovirus therapy and lymphodepleting preconditioning promoted similar CD8+ T cell infiltration and dendritic cell maturation profiles, but with the adenovirus promoting higher proinflammatory status. The use of IL-2-coding adenovirus therapy instead of high-dose IL-2 postconditioning allowed the best tumor growth control in animals receiving ACT. Such results, were accompanied by the intratumoral accumulation of CD8+ T-cells, M1-like macrophages and decreased levels Tregs, a phenomenon not seen in control groups or animals receiving high-dose IL-2 postconditioning. Importantly, the confinement of adenovirus-derived cytokine production to the tumor site enables negligible systemic toxicity as opposed to the toxicity caused in vital organs and blood from animals receiving pre and post-conditioning regimens. Furthermore, Ad5/3-E2F-D24-hTNFα-IRES-hIL2 therapy caused significant changes in the immunosuppressive ovarian tumor microenvironment, including CD8+ and CD4+ activation and increased shedding of IL-2, TNFα, IFN-γ and CXCL10. Such favorable effects reflected on the increased IFN-γ tumor-reactivity of autologous TILs transferred into virus-infected ex vivo tumor cultures, a phenomenon not associated with PD-L1 expression. In conclusion, TNFα and IL-2 coding oncolytic adenoviruses appear to be a potent immunotherapeutic which can amplify the local and systemic effects of ACT in immunosuppressive tumors while lowering the toxicity of ACT.Syövän kehittymisen syynä piilee usein huonosti toimiva kehon puolustusjärjestelmä, joka ei tunnista ja tuhoa syöpäsoluja. Immunoterapeuttisille hoitokeinoille, joiden tavoitteena on tehokkaasti palauttaa tai aktivoida puolustusjärjestelmä syöpää vastaan, on tarvetta erityisesti pitkälle edenneiden ja etäpesäkkeitä muodostavien vaikeasti hoidettavien syöpien hoidossa. T-soluterapia on yksi tämänkaltaisista ratkaisuista. Tällöin syövän tunnistavista ja sitä vastaan hyökkääviä T-soluja kasvatetaan laboratoriossa ja annetaan aktivoinnin jälkeen takaisin potilaalle. T-soluterapia on kliinisessä käytössä antanut hyvän vasteen joissakin edenneissä syöpätyypeissä, mutta T-soluterapian yhteydessä annettavien tukihoitojen haittavaikutusten takia tämä hoitomuoto ei sovi kaikille potilaille. Terapian käyttöä rajoittaa myös se, että se toimii parhaiten syöpätyypeissä, jotka ovat immunologisesti aktiivisia ja joissa on vain vähän puolustusjärjestelmää heikentäviä ominaisuuksia. Koska syöpäsoluihin kohdennetut, onkolyyttiset, adenovirukset ovat olleet kliinisissä tutkimuksissa turvallisia ja lisäävät puolustusjärjestelmän aktiivisuutta syövässä, ajattelimme, että tuumorinekroositekijä alfaa (TNFa) ja interleukiini-2:ta (IL-2) koodittava adenovirus (Ad5/3-E2F-D24-TNFα-IRES-IL2) voisi turvallisesti tehostaa T-soluterapian vaikutusta. Virushoito aiheuttaa kasvaimessa tulehdusreaktion ja voisi näin ollen olla tehokas myös kasvaimissa, jotka normaalisti heikentävät puolustusjärjestelmän toimintaa. Tutkiaksemme menetelmän toimivuutta eläimissä, käytimme kultahamstereita, jossa ihmisen adenovirus pystyy lisääntymään ja jossa viruksen tuottamat sytokiinit, ihmisen IL-2 ja TNFa, ovat biologisesti aktiivisia. Tämän lisäksi hamstereilla voidaan tutkia yhtä T-soluterapian muodoista, TIL-terapiaa. Tutkimuksia tehtiin myös hiirimalleissa, joissa käytettiin hiirissä lisääntymiskyvyttömiä adenoviruksia, jotka tuottavat hiirten sytokiineja. Hiirimalleissa tutkittiin erityisesti virushoitojen ja muokattujen T-solujen, TCR-soluhoitojen, immunologisia vaikutuksia. Eläinmallien lisäksi munasarjasyövän potilasnäytteillä tutkittiin, miten Ad5/3-E2F-D24-hTNFα-IRES-hIL2 ja T-soluhoidot toimivat kasvaimissa, joissa on puolustusjärjestelmää heikentäviä tekijöitä. Paikallinen hoito, suoraan kasvaimeen injektoitu Ad5/3-E2F-D24-hTNFα-IRES-hIL2, aikaansai viruksen leviämisen elimistössä ja T-solusiirteen hakeutumisen sekä hoidettuihin että hoitamattomiin kasvaimiin. Myös NK-solujen määrä lisääntyi sekä hoidetuissa että hoitamattomissa kasvaimissa, kun taas M2-makrofagien määrää väheni molemmissa kasvaimissa. Virushoito hidasti kasvaimen kasvua ja lisäsi kemokiinien ja muiden immunologisesti merkittävien geenien ilmentymistä. Kun T-soluterapian yhteydessä normaalisti käytettävä lymfosyyttejä tuhoava kemoterapiahoito korvattiin virushoidolla, molemmilla hoidoilla saatiin aikaan yhtä hyvä parannus eläinten selviämisessä ja kasvaimen kasvun hidastumisessa. Kummatkin hoitomuodot lisäsivät CD8+ solujen määrää kasvaimissa ja dendriittisolujen erilaistumista, mutta virushoito aiheutti vahvemman tulehdusreaktion kasvaimessa. Kun IL-2 koodittavaa virusta verrattiin T-soluterapian yhteydessä normaalisti käytettävään korkean pitoisuuden IL-2-sytokiinihoitoon, virushoito esti kasvaimen kasvua tehokkaammin. Virushoito lisäsi myös CD8+ solujen ja M1-tyyppisten makrofagien määrää kasvaimissa ja vähensi immuunipuolustusta hiljentävien Treg-solujen määrää verrattuna kontrolli- ja IL-2-hoitoihin. Koska viruksen kuljettamia sytokiineja tuotetaan rajoitetusti kasvaimissa, haittavaikutukset elimistössä jäävät olemattomiksi, verrattuna kemoterapian ja IL-2-sytokiinihoitojen vaikutuksiin. Munasarjasyövän tutkimuksissa huomattiin, että puolustusjärjestelmää heikentävässä ympäristössä virushoito aiheutti huomattavan muutoksen: CD8+ ja CD4+ solut aktivoituivat ja IFN-γ:n IL-2:n, TNFa:n ja CXCL10:n määrät lisääntyivät soluviljelmissä. Nämä positiiviset muutokset aikaansaivat myös virushoidettuihin soluviljelmiin siirrettyjen T-solujen lisääntyneen IFNy:n tuoton, mikä ei liittynyt PD-L1:n ilmentymiseen. Yhteenvetona, TNFa:a ja IL-2:a koodittava adenovirus vaikuttaa olevan lupaava immunoterapian muoto, joka voi tehostaa paikallisen ja systemaattisen T-soluterapian toimivuutta puolustusjärjestelmää heikentävissä kasvaimissa perinteisiä T-soluterapian tehostajia turvallisemmin.
Subject: medicine
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
santos_joao_dissertation_2020.pdf 1.975Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record