Lung immunity in sarcoidosis and cancer: CD4+ T cell and alveolar macrophage interactions
Prosjekt
- Prosjektnummer
- 46086100
- Ansvarlig person
- Anders Tøndell
- Institusjon
- NTNU, IKOM
- Prosjektkategori
- Forskerstipend FFU
- Helsekategori
- Cancer, Inflammatory and Immune System
- Forskningsaktivitet
- 1. Underpinning, 5. Treatment Developement
Rapporter
Data fra immunceller ved NSCLC viser konsistent oppregulering av sentrale immune-escape mekanismer, inkludert CD39-adenosin-signalveien.
Ved lungekreft har det nylig kommet svært kostbare medikamenter på markedet som har som mål å styrke anti-tumor immunrespons ved å blokkere PD-1 signalering. Disse medikamentene kan representere et paradigmeskifte i behandlingen av avansert NSCLC, men er effekt ses foreløpig kun hos et mindretall av pasientene. Foreløpig har det vist seg vanskelig å forutsi hvilke pasienter som profiterer på denne typen behandling. PD-1 signalveien et eksempel blant flere kjente mekanismer for tumor-indusert immunsuppresjon. Ektonukleotidasene CD39/CD73 er uttrykt på mange immunceller, og har nylig blitt definert som en viktig signalvei ved tumor-indusert immunsuppresjon. I våre preliminære data ser vi hyppig CD4+ og CD8+ T celler fra tumor med samtidig uttrykk av CD39 og PD-1.
Prosjektet (Lung immunity in sarcoidosis and cancer, FFU 2014) er for tida under avslutning, og det foreligger nå en publikasjon fra 2020 (PMID: 31733591) i prosjektet, og vi arbeider med en artikkel med resultatene fra RNA-sekvensering av FACS-sorterte makrofager, CD4 og CD8 T celler fra tumor og lungevev, dette vil bli prosjektets hovedresultat. Pga tidsklemme i 100% klinikk har dessverre dette arbeidet gått sakte, men med publikasjonen som ble akseptert i høst, og nå fokusert arbeid på den siste artikkelen, vil denne kunne publiseres i 2020. Vi har etablert gode protokoller for isolering av viable ex-vivo immunceller fra tumor og friskt lungevev fra lungeresektater hos pasienter i umiddelbar tilslutning til operasjon for ikke-småcellet lungekreft (NSCLC), med påfølgende separering av CD4+ og CD8+ T celler og makrofager, og RNA-isolering fra isolerte makrofager. Vi har også data fra multiparameter flow cytometri immunfenotyping av immuncellene. Data fra prosjektet inkluderer RNA-sekvensering av makrofager fra både tumor og lungevev fra 12 pasienter, totalt 24 prøver. Preliminære data viser adekvat RNA- mengde og svært god kvalitet fra makrofagene (RIN 9-10). Vi har også undersøkt CD39 og programmed death 1 (PD-1) -uttrykk på CD4+, CD8+ lymfocytter, B celler, regulatoriske T celler og NK celler fra tumor, som skiller seg markant fra immunceller fra friskt lungevev fra samme resektat i de hittil analyserte prøvene (signalering via CD39 og PD-1 er som kjent viktige tumor immune-escape mekanismer ved flere kreftformer).
RNA fra makrofager viser konsistent oppregulering av en stor mengde gener i makrofager fra tumorvev sammenlignet med makrofager fra lungevev. Det er funnet oppregulering av gener knyttet til flere sentrale mekanismer for immune-escape.
Data gjennomgås nå for publisering av andre artikkel.
Betydning: Forsøket kan avdekke mekanismer for samspillet mellom immunceller som er sentrale i den immunologiske prosessen ved lungekreft.
Vi ser også betydelige variasjoner i uttrykk av markører for forskjellige immunsupressive signalveier hos T-celler fra tumor, sammenlignet med T-celler fra friskt lungevev, og håper å bidra til å identifisere mulige biomarkører for behandlingsrespons på nye behandlingsstrategier (anti-PD1 og anti-PD-L1, immunterapi), samt avdekke mulige mål for terapi, for å bedre antitumor immunrespons.
Data fra immunceller ved NSCLC viser konsistent oppregulering av sentrale immune-escape mekanismer, inkludert CD39-adenosin-signalveien.Ved lungekreft har det nylig kommet svært kostbare medikamenter på markedet som har som mål å styrke anti-tumor immunrespons ved å blokkere PD-1 signalering. Disse medikamentene kan representere et paradigmeskifte i behandlingen av avansert NSCLC, men er effekt ses foreløpig kun hos et mindretall av pasientene. Foreløpig har det vist seg vanskelig å forutsi hvilke pasienter som profiterer på denne typen behandling. PD-1 signalveien et eksempel blant flere kjente mekanismer for tumor-indusert immunsuppresjon. Ektonukleotidasene CD39/CD73 er uttrykt på mange immunceller, og har nylig blitt definert som en viktig signalvei ved tumor-indusert immunsuppresjon. I våre preliminære data ser vi hyppig CD4+ og CD8+ T celler fra tumor med samtidig uttrykk av CD39 og PD-1.
Prosjektet (Lung immunity in sarcoidosis and cancer, FFU 2014) er for tida under avslutning, og det foreligger derfor ikke publikasjoner fra dette prosjektet. Vi har etablert gode protokoller for isolering av viable ex-vivo immunceller fra tumor og friskt lungevev fra lungeresektater hos pasienter i umiddelbar tilslutning til operasjon for ikke-småcellet lungekreft (NSCLC), med påfølgende separering av CD4+ og CD8+ T celler og makrofager, og RNA-isolering fra isolerte makrofager. Vi har også data fra multiparameter flow cytometri immunfenotyping av immuncellene. Data fra prosjektet inkluderer RNA-sekvensering av makrofager fra både tumor og lungevev fra 12 pasienter, totalt 24 prøver. Preliminære data viser adekvat RNA- mengde og svært god kvalitet fra makrofagene (RIN 9-10). Vi har også undersøkt CD39 og programmed death 1 (PD-1) -uttrykk på CD4+, CD8+ lymfocytter, B celler, regulatoriske T celler og NK celler fra tumor, som skiller seg markant fra immunceller fra friskt lungevev fra samme resektat i de hittil analyserte prøvene (signalering via CD39 og PD-1 er som kjent viktige tumor immune-escape mekanismer ved flere kreftformer).
RNA fra makrofager viser konsistent oppregulering av en stor mengde gener i makrofager fra tumorvev sammenlignet med makrofager fra lungevev. Det er funnet oppregulering av gener knyttet til flere sentrale mekanismer for immune-escape.
Data gjennomgås nå for publisering i løpet av de neste mndr., og første artikkel er snart klar.
Vi vet lite om interaktsjoner mellom makrofager og T celler under immunrespons i lungene, men denne interaksjonen antas å være viktig både ved lungekreft og ved sarkoidose.
Ved lungekreft og sarkoidose kan interaksjoner mellom makrofager og T celler ha betydning for sykdomsutvikling og prognose, samt risiko for residiv ved lungekreft.Ved kreftsykdommer kan tumor-assosierte makrofager utvikle en phenotype som promoterer tumorvekst og demper antitumor immunrespons via interaksjon med regulatoriske T celler, og produksjon av immunregulerende cytokiner som IL-10.
Bruk moderne instrumenter for cellulære analyser, som flow cytometry ved analyse av immunceller fra lunger og svulstvev under en pågående sykdomsprosess, kan bidra til å videreutvikle dette fagfeltet.
Lungetumor ved ikke-småcellet lungekreft opereres ut hos pasienter med begrenset sykdom. I dette prosjektet ekstraeres viable immunceller fra friskt lungevev fra samme lungelapp og tumor-assosierte immunceller fra tumor. Tilsvarende analyseres bronkialskyllevæske fra pasienter med sarkoidose, for immunfenotyping av makrofager og T-celler ved sarkoidose.
Vi undersøker undergrupper av makrofager og T-celler i disse sykdomskontekstene, med overflatemarkører og cytokinproduksjon, samt forskjeller i T cellerespons, for å kunne forstå samspillet mellom T celler og makrofager i lungekreft og sarkoidose bedre.
Hovedprosjektet har siden sist år blitt noe endret i retning av større fokus på karakterisering av T celler og makorfager fra lungesvulstvev ved lungekreft, slik at vi nå er i sluttfasen av innsamling av data, og målet er å analysere 24 prøver med FACS (flow cytometri-basert celle sortering)-sorterte celler fra tumor eller lungevev med RNA-sekvensering, for å avdekke hvilke genuttrykk/programmer som er aktivert hos tumor-assosierte makrofager.
Laboratoriearbeid og datainnsamling ved disse prosedyrene er svært arbeidskrevenede og tidkrevende.
Vi har nå 18-20 vellykkede prøver, og samlet RNA-sekvensering fra alle prøvene planlegges i løpet av 1-2 mndr. (24 prøver).Datainnsamling vil være ferdig i løpet av 1-2 mndr., og dataanalyse og publisering planlegges deretter.
Delprosjekt med automatisk gating av immunceller fra bronkialskyllevæske analysert rutinemessig ved utredning av pasienter som utredes for interstitell lungesykdom ved lungemedisinsk avdeling pågår som planlagt, og vi vil analysere data fra de foregående 2-3 år (ca. 300 pasienter) og sammenholde immuncelleprofil med diagnose hos disse pasientene, og sammenligne manuell anaylse av flow cytometri-data med automatisert analyse ved bruk av bioinformatikk programvare i open-source programpakker fra R/Bioconductor.
Betydning: Forsøket kan avdekke mekanismer for samspillet mellom immunceller som er sentrale i den immunologiske prosessen ved lungekreft.
Vi ser også betydelige variasjoner i uttrykk av markører for forskjellige immunsupressive signalveier hos T-celler fra tumor, sammenlignet med T-celler fra friskt lungevev, og håper å bidra til å identifisere mulige biomarkører for behandlingsrespons på nye behandlingsstrategier (anti-PD1 og anti-PD-L1, immunterapi), samt avdekke mulige mål for terapi, for å bedre antitumor immunrespons.
Vi vet lite om interaktsjoner mellom makrogager og T celler under immunrespons i lungene, men denne interaksjonen antas å være viktig både ved lungekreft og ved sarkoidose.Ved lungekreft og sarkoidose kan interaksjoner mellom makrofager og T celler ha betydning for sykdomsutvikling og prognose, samt risiko for residiv ved lungekreft.
Ved kreftsykdommer kan tumor-assosierte makrofager utvikle en phenotype som promoterer tumorvekst og demper antitumor immunrespons via interaksjon med regulatoriske T celler, og produksjon av immunregulerende cytokiner som IL-10.
Bruk av bronkoalveolær lavage (BAL) og endobronkial ultralyd (EBUS) for finnålsaspirasjon av mediastinale eller hilære lymfeknuter muliggjør prøvetakning av immunceller fra bronkier og lymfeknuter under en pågående sykdomsprosess, og moderne instrumenter for cellulære analyser, som flow cytometry, bidrar til å videreutvikle dette fagfeltet. Lungetumor ved ikke-småcellet lungekreft opereres ut hos pasienter med begrenset sykdom, og muliggjør ekstraksjon av viable immunceller fra friskt lungevev fra samme lapp og tumor-assosierte immunceller fra tumor.
Vi undersøker undergrupper av makrofager og T-celler i disse sykdomskontekstene, med overflatemarkører og cytokinproduksjon, samt endringer i T cellerespons etter kultur med forskjellige undergrupper av makrofager, for å kunne forstå samspillet mellom T celler og makrofager i lungekreft og sarkoidose bedre.
Betydning: Forsøket kan avdekke mekanismer for samspillet mellom immunceller som er sentrale i den immunologiske prosessen ved lungekreft. Sammenholdt med de samme prosessene i sarkoidose vil dette øke vår forståelse av sykdomsprosessene ved disse to sykdommene, samt avdekke mulige mål for terapi, for å bedre antitumor immunrespons.
Vi er har nå gjort en rekke forsøk i 2016, og har etablert metodikk, og planlegger gjennomføring av studien i henhold til protokoll i løpet av 2017.
Vi ønsker å studere interaksjoner mellom lungemakrofager og T celler ved sarkoidose og ved lungekreft i nærmere detalj med genuttrykks-analyser med mikroarray-teknikk samt multidimensjonal flowcytometri.Sarkoidose er en betennelsestilstand av ukjent årsak, som kan ramme de fleste organer i kroppen, og ofte gir lungesykdom. Hos noen pasienter utvikler lungesykdommen seg til lungefibrose, noen ganger med alvorlig lungesvikt som resultat.
Ikke-småcellet lungekreft er en sykdom med høy dødelighet, og immunresponsen mot tumorcellene ved lungekreft er oftest ikke tilstrekkelig til å forhindre progresjon av sykdommen eller tilbakefall. Det har derfor vært et stort fokus på utvikling av medikamenter som kan styrke immunresponsen ved lungekreft.
Samspillet mellom makrofager og CD4+ T celler antas å være svært viktig i regulering av immunrespons i lungene, og er sentral både i patogenesen ved sarkoidose og ved regulering av anti-tumor immunrespons, gjennom flere mulige signalveier.
Ved ikke-småcellet lungekreft har det nylig kommet relativt kostbare medikamenter på markedet som har disse signalveiene som mål, for å styrke anti-tumor immunrespons (blandt andre PD-1 pathway inhibitors). Foreløpig har det vist seg vanskelig å forutsi hvilke pasienter som profiterer på denne typen behandling.
Disse medikamentene kan representere et paradigmeskifte i behandlingen av avansert ikke-småcellet lungekreft. Foreløpig har
det vist seg vanskelig å forutsi hvilke pasienter som profiterer på denne typen behandling. Dette prosjektet kan bidra til å øke vår forståelse av disse prosessene og på sikt identifisere flere mulige mål for behandling og potensielt bedre markører for behandlingsrespons både ved lungekreft og ved sarkoidose.
Ved lungeavdelingen diagnostiseres ca 30 pasienter med sarkoidose årlig. Utredning av lungekreft gjøres også ved lungeavdelingen, og de fleste pasientene med antatt kurabel sykdom henvises til kirurgisk behandling. Bedre karakterisering av immunceller som inngår i den patologiske prosessen ved sarkoidose og ved lungekreft er fellesnevner i prosjektet.
Etter operativ behandling av lungekreft vil vi i samarbeid med patologisk avdeling hente ut biopsimateriale fra fjernet lungelapp. Immuncellene kan da ekstraheres fra vevet via en kombinert mekanisk og enzymatisk metode, og makrofager og CD4+ T celler isoleres. Vi planlegger å innhente immunceller fra lungevev og tumor fra 10 pasienter med ikke-småcellet lungekreft samt fra BAL-væske og blod fra 10 pasienter med sarkoidose og 10 friske kontroller.
Prosjektet er igangsatt, og vi har arbeidet med metodikk for isolering av immunceller og optimalisering av flow cytometri antistoffpaneler, og arbeider nå med PCR-undersøkelser av makrofager fra enkeltpasienter.
Etter karakterisering av T cellene og makrofagene fra pasienter og friske kontroller, samt fra tumorvev planlegges forsøk med immuncellene i kultur for å undersøke effekter av samspillet mellom makrofager og T celler, spesielt med tanke på å identifisere signalveier som er aktiver hos humane makrofager polarisert i den aktuelle sykdomsprosessen, og effekter av denne polariseringen på T celleresponsen.
For å kunne studere denne interaksjoner mellom lungemakrofager og T celler i nærmere detalj ønsker vi å gjøre genuttrykksanalyser, i tillegg til multidimensjonal flowcytometri. Genuttrykksanalyser vil kunne gi svært interessante innblikk i regulering av immuntoleranse i samspillet mellom makrofager og T celler.
Dette prosjektet kan bidra til å øke vår forståelse av disse prosessene og på sikt identifisere flere mulige mål for behandling og potensielt bedre markører for behandlingsrespons både ved lungekreft og ved sarkoidose.
Deltagere
- Magne Børset Prosjektdeltaker
- Anders Tøndell Prosjektleder
- Sveinung Sørhaug Prosjektdeltaker
- Markus Haug Prosjektdeltaker
- Anne Marit Sponaas Prosjektdeltaker
- Sissel Gyrid Freim Wahl Prosjektdeltaker
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 Helse Midt-Norge RHF - Samarbeidsorganet og FFU