eRapport

Development of Novel Chimeric Antigen Receptors (CAR) to treat B-cell malignancies

Prosjekt
Prosjektnummer
2016006
Ansvarlig person
Sébastien Wälchli
Institusjon
Oslo universitetssykehus HF
Prosjektkategori
Doktorgradsstipend
Helsekategori
Cancer, Inflammatory and Immune System
Forskningsaktivitet
5. Treatment Developement
Rapporter
2019 - sluttrapport
The application referred to three main objectives.: 1) isolate a pre-clinically validated CAR against novel targets of B-cell lymphomas Here the candidate isolated three different targets that are all in pre-clinical validation, namely two anti-B-cell receptor isoforms (BCR, isoform kappa and lambda) and an anti-glyco-protein (Cd75w). All three targets are relevant to treat B-cell lymphoma. Although an anti-BCR-kappa chain is already tested in the clinic, the two other targets are novel and never previously reported. HH2CAR (Cd75w) and BCR-kappa-CAR have both been tested in animal model and in toxicity studies, meaning that their pre-clinical validation is almost completed. 2) establish a CAR platform that will link the Radium antibody database to the design of CAR The candidate has shown that we were able to identify antibody coding sequences from at least three hybridoma, to design a CAR molecule and test it. He has been deeply involved in the establishment of the development pipeline and even participated to the publication of a CAR manufacturing protocol (https://doi.org/10.1093/abt/tbz007). In addition, he has taken over the completion of the CD37 CAR which is a B-cell lymphoma CAR that was already cloned when he arrived in the lab. He has performed most of the in vitro and the in vivo experiments, which has led to the release of the first Norwegian CAR (PMID: 30979721). He has therefore become one of the most knowledgeable national CAR experts. 3) use this platform and the pre- and clinical practice to expand to other types of cancers We have to date (Feb. 2020) cloned >15 CAR constructs, and are now focusing on solid tumour-specific CAR. The candidate has been collaborating with colleagues on the development of constructs directed against osteosarcoma and colorectal cancer. He has not only been training them on the methods, but also participated in the establishment of validation protocols such as the one introducing 3D-like tumour structures, known as spheroids, which mimics the tumour in vitro (PMID: 30596389). Thus he has extended the knowledge acquired during the first phase of CAR production to solid tumour CAR and will co-author at least 3 papers after the completion of his thesis. Since 2017 FDA has approved 2 CAR products (Tisagenlecleucel for pediatric B-ALL and Axicabtagene ciloleucel for adult refractory/relapsed large B-cell lymphoma) and we have been informed that anti-solid tumour CAR products are on their way to be submitted for approval. CAR therapy is a game changer and has cured patients refractory to several lines of treatment. It is therefore a particularly important period for governments to support immunotherapy and in particular CAR-based research. This project has put Norway ahead of other Scandinavian countries in the development of novel CAR constructs, although our neighbours have tested CARs in the clinic in different trials, very few new CARs if any have been reported. To our knowledge our development pipeline is unique. But not for long, other major immunotherapy centres have started or will soon begin to look for CARs. We have taken advantage of the Radium hospital's long history in cancer antibody development through the work established by S. Funderud in the early '80's. The present project has led to the pre-clinical validation of the first Norwegian CAR, anti-CD37 CAR for the treatment of B-cell lymphoma. Refractory lymphoma patients in Norway have the option to be treated with CD19 CAR and CD37 CAR could become an option for CD19 CAR-refractory patients. We have been approached by other clinics to use this CAR for patients non-eligible for CD19 CAR treatment (because of the CD19 negative phenotype of their malignant cells). Solid tumour CARs are at their infancy and the research community will now increase their effort to develop more CAR-based solutions. We start this race with the advantage of a developed CAR production platform which was partly financed by this application and greatly improved by the supported candidate. Our effort is mainly focused on CAR representing alternative solutions to non-efficient treatments, which is a clear unmet need. For example we are developing an anti-osteosarcoma CAR to which the PhD candidate has contributed substantially. Here, no novel therapies have shown efficiency since the introduction of radiotherapy in the 70s. We therefore hope that the development of such a therapy in a public structure will lead to an affordable drug for these patients.

NO

2018
Vi har etablert en plattform for å produsere en ny generasjon kreftterapi. Denne strategien har vist uventet effektivitet i ellers dødelige kreftformer og er nå akseptert som en terapi mot spesifikke typer av blodkreft i Norge. Vi har så langt fullført den prekliniske utviklingen av den første norske Chimeric Antigen Receptor (CAR) mot CD37.Antistoffer er molekyler som kan se og gjenkjenne proteiner på overflaten av celler. Terapeutiske antistoffer kan se proteiner som finnes på bestemte celler som kreftceller. Med moderne molekylærgenetikk er det mulig å identifisere delen av antistoffene som binder til målproteinet, det såkalte enkeltkjede variable fragmentet eller scFv. Ved å plassere scFv på overflaten av T-celler, kan disse cellene programmeres til å drepe bestemte kreftceller. Denne strategien kalles CAR-terapi. Vår gruppe jobber med ulike typer av kreft, men vår mest avanserte molekyl virker mot en kreftform som oppstår i B-lymfocyttene. Vi er nå ferdig med den prekliniske studien av CD37CAR og vi reviderer en vitenskapelig publikasjon. Vi har vist at modifiserte T-celler angriper og dreper celler som utrykker CD37, et attraktivt molekyl som bare finnes på overflaten av B-celler. Våre CAR-molekyler er svært effektive, og kan brukes til å programmere T-celler til å drepe kreftceller både in vitro og i dyremodeller (in vivo). Vi har også utført sikkerhetstester der friske celler ble inkubert med CAR-celler og viste at CAR ikke drepte normale celler, inkludert stamceller. I tillegg, tror vi at en CD37CAR er sikrere enn den klinisk-aksepterte anti-CD19 CAR og at den kanskje vil bli brukt i stedet for CD19CAR. Vi har derfor fullført preklinisk utvikling av CD37CAR. I 2018 utviklet og produserte vi også nye CAR-molekyler mot et annet mål enn CD37. Vi jobbet med en CAR som er en utviklet versjon av den klinisk aksepterte CD19CAR. Problemet med CD19CAR er at dette molekylet dreper alle B-celler (B-celler aplasia). B-celler produserer antistoffer, og derfor kan ikke pasienter som får CD19CAR ikke produsere antistoffer mot vanlige infeksjoner og må derfor få antistoffer fra en annen donor. Dette betyr en injeksjon av blodserum, som ikke er et trygt alternativ. En idealistisk terapi mot lymfom bør bare drepe kreftceller. Som følge av dette konstruerte vi en neste generasjons molekyl kalt "tandem CAR", der to forskjellige CARer kombineres på en celle. Vi har brukt en ny attraktiv markør, Ig kappa. B-celler kan være Ig kappa eller Ig lambda, Ig kappa CAR dreper kun Ig kappa celler, derfor kan Ig lambda celler produsere antistoffer og kompensere for B-celler aplasi. Ig kappa CAR er ikke like kraftig som CD19CAR, men når Ig lambda og Ig kappa kombineres i en tandem CAR, gir det en sterk immunrespons. Vi har designet forskjellige molekyler og har data som viser at T-celler kan uttrykke disse molekylene og drepe kreftceller på en Ig kappa-spesifikk måte. Vi har fullført in vitro-studien og en del av in vivo studien. Det viktigste er at CD19-IgkCAR T celler ikke dreper lambda Bceller, noe som hentyder at dette CAR konstruktet ikke fører til Bcelle aplasia. Vi har og testet at dette molekylet er trygt og spesifikt. Vi skriver en artikkel nå og har sendt inn et patent.
2017
Vi har etablert en plattform for å produsere en ny generasjon kreftterapi. Denne strategien har vist uventet effektivitet i ellers dødelige kreftformer. Vi har så langt fullført den prekliniske utviklingen av den første norske Chimeric Antigen Receptor (CAR) mot lymfom. Det er nå etterfulgt av to andre, som vil være preklinisk evaluert før 2019.Antistoffer er molekyler som kan se og gjenkjenne proteiner på overflaten av celler. Terapeutiske antistoffer kan se proteiner som finnes på bestemte celler som kreftceller. Med moderne molekylærgenetikk er det mulig å identifisere delen av antistoffene som binder til målproteinet, det såkalte enkeltkjede variable fragmentet eller scFv. Ved å plassere scFv på overflaten av T-celler, kan disse cellene programmeres til å drepe bestemte kreftceller. Denne strategien kalles CAR-terapi. Vår gruppe jobber med B-celle lymfom, en kreftform som oppstår i B-lymfocyttene. Vi er nå ferdig med den prekliniske studien av CD37CAR, hvor modifiserte T-celler angriper og dreper celler som utrykker CD37, et attraktivt molekyl som bare finnes på overflaten av B-celler. Våre CARmolekyler er svært effektive, kan brukes til å programmere T-celler til å drepe kreftceller både in vitro og i dyremodeller (in vivo). Vi har også kjørt sikkerhetstester der friske celler ble inkubert med CAR-celler og viste at CAR ikke drepte normale celler, inkludert stamceller. Vi har derfor fullført preklinisk utvikling av CD37CAR. I 2017 har vi også designet og produsert nye CAR-molekyler. For behandling av B-celle lymfom har vi besluttet å fokusere på en ny attraktiv markør som kalles Ig kappa. Ig kappa er et protein som er en del av B-cellereseptoren, og finnes derfor kun på B-celler.Vi har designet de forskjellige molekylene og har data som viser at dreper T-celler kan utrykke disse molekylene. Vi har fullført in vitro-studien og innså at T-cellene, selv om de var effektive til å drepe kreftceller, ble utmattet raskere enn med andre CAR. Vi identifiserte det hemmende molekylet og designet en ny konstruksjon, en såkalt next generation CAR. Denne konstruksjonen knytter to CAR, men trenger full binding for å aktivere T-cellene slik at de blir effektive dreperceller. Vi har derfor designet et sikrere molekyl som har et stort potensial i klinikken. Vi vil utføre in vivo-testing i mus i løpet av få uker. Dette vil fullføre den prekliniske studien. Etter dette året tror vi at pipeline for CAR-produksjon er effektiv og håper at leveransen til klinikken vil følge.
2016
Vår strategi er å bruke antistoff fra Radiumhospitalets kolleksjon for ny type terapi. Vi har identifisert seks antistoffer som kan brukes mot B-celle kreft. Med molekylær biologiske kan vi syntetisere kunstige molekyler, såkalte Chimeric Antigen Receptor (CAR), som uttrykkes i T celler for å lage kreftspesifikke dreperceller.Antistoff er molekyler som kan se og gjenkjenne proteiner på overflaten av celler. Etter binding mellom antistoffet og målproteinet, sendes de til "kroppens søppelplass" for å bli degradert, en naturlig mekanisme for å beskytte kroppen vår mot parasitter. Noen antistoff kan se proteiner som kun finnes på spesifikke celler som kreftceller. Med moderne molekylærgenetikk er det mulig å identifisere den delen av antistoffene som binder til målproteinet, det såkalte "single chain variable fragment" eller scFv. Derfor er første steg å sekvensere antistoffene. Med denne informasjonen er det mulig å designe et gen med modifisert antistoff: scFv i kombinasjon med molekyler som gir signaler til å aktivere cellen de uttrykkes i når de gjenkjenner målproteinet sitt. Man kan uttrykke denne scFv delen på en immuncelle og hvis scFv er målrettet mot et protein som er på overflaten av kreftceller vil de to cellene interagere. Strategien vi bruker er å sette scFv i et såkalt CAR konstrukt som uttrykkes i en T celle. Denne T cellen kan bli en profesjonell drepercelle hvis scFv i CAR konstruktet er molekylært bundet til proteiner som gir signal til å drepe målcellen. Hvis målproteinet som bindes av scFv kun uttrykkes i kreftceller, vil T celler med en slik CAR drepe kreftceller. Den andre steget i vårt CAR utviklingsprogram er å teste uttrykk av CAR i T celler og studere hvordan de kan drepe kreftceller in vitro. Det trengs nøye kontroll med denne funksjonen for å være sikker på at bare celler som uttrykker målproteinet drepes. Vi må derfor også sjekke at normale celler blir ignorert av CAR T cellene og ikke drepes. Til slutt, hvis alt fungerer, testes T celler med CAR som terapi i musemodeller av kreft. Disse musene kan injiseres med kreftceller fra mennesker som så blir behandlet med T celler fra mennesker modifisert til å uttrykke CAR. Målet er undersøke om disse CAR T cellene kan hindre utviklingen av kreft i forsøksdyrene. Dette er et minimumskrav for å lov til å teste denne type terapi i pasienter. Vi har så langt to typer CAR som uttrykkes i T celler klare til å injiseres i forsøksdyr som siste steg i utviklingen og to CAR hvor analysene i laboratoriet er nesten ferdige. De to siste CAR molekylene vil så følge samme preklinsike utvikling for testing i forsøksdyr.
Vitenskapelige artikler
Köksal H, Dillard P, Josefsson SE, Maggadottir SM, Pollmann S, Fåne A, Blaker YN, Beiske K, Huse K, Kolstad A, Holte H, Kvalheim G, Smeland EB, Myklebust JH, Inderberg EM, Wälchli S

Preclinical development of CD37CAR T-cell therapy for treatment of B-cell lymphoma.

Blood Adv 2019 04 23;3(8):1230-1243.

PMID: 30979721 - Inngår i doktorgradsavhandlingen

Josefsson SE, Beiske K, Blaker YN, Førsund MS, Holte H, Østenstad B, Kimby E, Köksal H, Wälchli S, Bai B, Smeland EB, Levy R, Kolstad A, Huse K, Myklebust JH

TIGIT and PD-1 Mark Intratumoral T Cells with Reduced Effector Function in B-cell Non-Hodgkin Lymphoma.

Cancer Immunol Res 2019 03;7(3):355-362. Epub 2019 jan 18

PMID: 30659053

Köksal H, Müller E, Inderberg EM, Bruland Ø, Wälchli S

Treating osteosarcoma with CAR T cells.

Scand J Immunol 2019 Mar;89(3):e12741. Epub 2019 jan 15

PMID: 30549299

Dillard P, Köksal H, Inderberg EM, Wälchli S

A Spheroid Killing Assay by CAR T Cells.

J Vis Exp 2018 Dec 12. Epub 2018 des 12

PMID: 30596389 - Inngår i doktorgradsavhandlingen

Walseng E, Köksal H, Sektioglu IM, Fåne A, Skorstad G, Kvalheim G, Gaudernack G, Inderberg EM, Wälchli S

A TCR-based Chimeric Antigen Receptor.

Sci Rep 2017 Sep 06;7(1):10713. Epub 2017 sep 6

PMID: 28878363 - Inngår i doktorgradsavhandlingen

Köksal H, Baken E, Warren DJ, Løset GÅ, Inderberg EM, Wälchli S

Chimeric antigen receptor preparation from hybridoma to T-cell expression

2019

Sarah Josefsson, Klaus Beiske, Yngvild Blaker, Mette Førsund, Harald Holte, Bjørn Østenstad, Eva Kimby, Hakan Köksal, Sébastien Wälchli, Baoyan Bai, Erlend Smeland, Ronald Levy, Arne Kolstad, Kanutte Huse, and June Myklebust

TIGIT and PD-1 mark intratumoral T cells with reduced effector function in B-cell non-Hodgkin lymphoma

CIR-18-0351R1 (manuscript accepted)

Hakan Köksal and Sébastien Wälchli

Fishing therapeutic T-cell receptors in healthy donor blood, is safety predictable?

Translational Cancer Research, 2017

Deltagere
  • Else Marit Inderberg Suso Medveileder
  • June Myklebust Medveileder
  • Hakan Köksal Doktorgradsstipendiat (finansiert av denne bevilgning)
  • Sebastien Waelchli Hovedveileder

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til eRapport

Personvern  -  Informasjonskapsler