Ανοσολογία του καρκίνου 38, 39 / 21-1-2015 Ρ. Τσιτσιλώνη ΑΝΟΣΟΛΟΓΙΑ Ανοσολογία του καρκίνου Ανοσοθεραπεία

Όγκοι = κύτταρα που έχουν χάσει τον έλεγχο του κυτταρικού κύκλου Καλοήθεις: δεν διηθούν, δεν αναπτύσσονται απεριόριστα Κακοήθεις: διηθούν, δίνουν μεταστάσεις

Κακοήθης μετασχηματισμός των κυττάρων Επάγεται από: χημικές ουσίες φυσικούς παράγοντες ιονίζουσα ακτινοβολία κάποιους λοιμογόνους παράγοντες

Κάποιοι ιοί προκαλούν κακοήθη μετασχηματισμό των κυττάρων Ανθρώπινοι καρκίνοι σχετιζόμενοι με ιικές λοιμώξεις: Τ κυτταρικές λευχαιμίες/λεμφώματα : HTLV-1 (human T-cell leukemia virus 1) σάρκωμα Καposi : HHV-8 (human herpes virus 8) & HIV-1 καρκίνος του τραχήλου της μήτρας : HPV (human papillomavirus) ηπατοκυτταρικός καρκίνος : HBV (hepatitis B virus) & HCV (hepatitis C virus) λέμφωμα Burkitt : EBV (Epstein-Barr virus)

Μοντέλο διαδοχικών γενετικών αλλοιώσεων στον καρκίνο του εντέρου MCC, MSH2, MLH1, PMS1/2, GTBP Fearon, 1992

Σημαντικοί σταθμοί στην Ανοσολογία του Καρκίνου 1890: Coley: το ανοσοποιητικό σύστημα μπορεί να αντιμετωπίσει τον καρκίνο 1967: Mitchison: ανοσολογική μνήμη για τον καρκίνο, ανοσοπροστασία/ανοσοεπιτήρηση στα ποντίκια 1971: Parmiani: ανθρώπινα λεμφοκύτταρα σκοτώνουν αυτόλογα καρκινικά κύτταρα από μελάνωμα in vitro 1985: Fenton: τα καρκινικά κύτταρα εκφράζουν ανοσογονικές παραλλαγές που επάγουν Τ κυτταρικές ανοσοαπαντήσεις (TAAs) 1991: Boon: κλωνοποίηση του πρώτου καρκινικού αντιγόνου 1995: DeLuca: “licensed” DCs επάγουν ογκοειδική Τ κυτταρική ανοσία 1995 + …: αντικαρκινικά εμβόλια, πρώτες κλινικές δοκιμές 2000 : Seya: συμμετοχή της φυσικής ανοσίας στην ανοσοεπιτήρηση των όγκων 2003 + …: θεραπευτικά και προφυλακτικά εμβόλια στην αγορά

Ανοσολογική απάντηση στον όγκο ? Τοξίνη του Coley Βακτηριακό παρασκεύασμα/Εμβόλιο (Streptococcus + Staphylococcus) William Coley BCG για τον καρκίνο της ουροδόχου? σαρκώματα 10% θεραπεία Coley, 1893

Σημαντικοί σταθμοί στην Ανοσολογία του Καρκίνου 1890: Coley: το ανοσοποιητικό σύστημα μπορεί να αντιμετωπίσει τον καρκίνο 1967: Mitchison: ανοσολογική μνήμη για τον καρκίνο, ανοσοπροστασία/ανοσοεπιτήρηση στα ποντίκια 1971: Parmiani: ανθρώπινα λεμφοκύτταρα σκοτώνουν αυτόλογα καρκινικά κύτταρα από μελάνωμα in vitro 1985: Fenton: τα καρκινικά κύτταρα εκφράζουν ανοσογονικές παραλλαγές που επάγουν Τ κυτταρικές ανοσοαπαντήσεις (TAAs) 1991: Boon: κλωνοποίηση του πρώτου καρκινικού αντιγόνου 1995: DeLuca: “licensed” DCs επάγουν ογκοειδική Τ κυτταρική ανοσία 1995 + …: αντικαρκινικά εμβόλια, πρώτες κλινικές δοκιμές 2000 : Seya: συμμετοχή της φυσικής ανοσίας στην ανοσοεπιτήρηση των όγκων 2003 + …: θεραπευτικά και προφυλακτικά εμβόλια στην αγορά

Ανοσολογική μνήμη στον καρκίνο Ανοσοποίηση Διέγερση Αποτέλεσμα ΝΕΚΡΑ ΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΚΥΤ. ΖΩΝΤΑΝΑ ΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΚΥΤ. control όχι ανάπτυξη ανάπτυξη Mitchison, 1967

Σημαντικοί σταθμοί στην Ανοσολογία του Καρκίνου 1890: Coley: το ανοσοποιητικό σύστημα μπορεί να αντιμετωπίσει τον καρκίνο 1967: Mitchison: ανοσολογική μνήμη για τον καρκίνο, ανοσοπροστασία/ανοσοεπιτήρηση στα ποντίκια 1971: Parmiani: ανθρώπινα λεμφοκύτταρα σκοτώνουν αυτόλογα καρκινικά κύτταρα από μελάνωμα in vitro 1985: Fenton: τα καρκινικά κύτταρα εκφράζουν ανοσογονικές παραλλαγές που επάγουν Τ κυτταρικές ανοσοαπαντήσεις (TAAs) 1991: Boon: κλωνοποίηση του πρώτου καρκινικού αντιγόνου 1995: DeLuca: “licensed” DCs επάγουν ογκοειδική Τ κυτταρική ανοσία 1995 + …: αντικαρκινικά εμβόλια, πρώτες κλινικές δοκιμές 2000 : Seya: συμμετοχή της φυσικής ανοσίας στην ανοσοεπιτήρηση των όγκων 2003 + …: θεραπευτικά και προφυλακτικά εμβόλια στην αγορά

Τα λεμφοκύτταρα “εκπαιδεύονται” να σκοτώνουν καρκινικά κύτταρα καρκινικά κύτταρα από ασθενή με μελάνωμα λεμφοκύτταρα από τον ίδιο ασθενή με μελάνωμα MLTC για μία εβδομάδα τα ανακτηθέντα λεμφοκύτταρα σκοτώνουν τα μελανωματικά τα ανακτηθέντα λεμφοκύτταρα πολλαπλασιάζονται Parmiani et al, 1971

Σημαντικοί σταθμοί στην Ανοσολογία του Καρκίνου 1890: Coley: το ανοσοποιητικό σύστημα μπορεί να αντιμετωπίσει τον καρκίνο 1967: Mitchison: ανοσολογική μνήμη για τον καρκίνο, ανοσοπροστασία/ανοσοεπιτήρηση στα ποντίκια 1971: Parmiani: ανθρώπινα λεμφοκύτταρα σκοτώνουν αυτόλογα καρκινικά κύτταρα από μελάνωμα in vitro 1985: Fenton: τα καρκινικά κύτταρα εκφράζουν ανοσογονικές παραλλαγές που επάγουν Τ κυτταρικές ανοσοαπαντήσεις (TAAs) 1991: Boon: κλωνοποίηση του πρώτου καρκινικού αντιγόνου 1995: DeLuca: “licensed” DCs επάγουν ογκοειδική Τ κυτταρική ανοσία 1995 + …: αντικαρκινικά εμβόλια, πρώτες κλινικές δοκιμές 2000 : Seya: συμμετοχή της φυσικής ανοσίας στην ανοσοεπιτήρηση των όγκων 2003 + …: θεραπευτικά και προφυλακτικά εμβόλια στην αγορά

Τα καρκινικά κύτταρα είναι γενετικά ασταθή Ο καρκίνος προκαλείται από τη συσσώρευση γενετικών αλλαγών μέχρι και 11,000 γενετικές αλλοιώσεις! Fenton & Longo, 1995

πρωτο-ογκογονίδια ογκοκατασταλτικά αποκατάσταση DNA απόπτωση

Σημαντικοί σταθμοί στην Ανοσολογία του Καρκίνου 1890: Coley: το ανοσοποιητικό σύστημα μπορεί να αντιμετωπίσει τον καρκίνο 1967: Mitchison: ανοσολογική μνήμη για τον καρκίνο, ανοσοπροστασία/ανοσοεπιτήρηση στα ποντίκια 1971: Parmiani: ανθρώπινα λεμφοκύτταρα σκοτώνουν αυτόλογα καρκινικά κύτταρα από μελάνωμα in vitro 1985: Fenton: τα καρκινικά κύτταρα εκφράζουν ανοσογονικές παραλλαγές που επάγουν Τ κυτταρικές ανοσοαπαντήσεις (TAAs) 1991: Boon: κλωνοποίηση του πρώτου καρκινικού αντιγόνου 1995: DeLuca: “licensed” DCs επάγουν ογκοειδική Τ κυτταρική ανοσία 1995 + …: αντικαρκινικά εμβόλια, πρώτες κλινικές δοκιμές 2000 : Seya: συμμετοχή της φυσικής ανοσίας στην ανοσοεπιτήρηση των όγκων 2003 + …: θεραπευτικά και προφυλακτικά εμβόλια στην αγορά

Κλωνοποίηση του 1ου καρκινικού αντιγόνου 1. Δημιουργία CTL 3. Διαμόλυνση ευκαρυωτικών κυττάρων ή βακτηρίων με καρκινικές cDNA βιβλιοθήκες Τu 3 CTL 3 CTL 1 Τu 1 CTL 2 Τu 2 4. Δοκιμή λύσης από τα CTL 2. Screening 5. Κλωνοποίηση Ag με άμεσο πακετάρισμα σε λ-φάγους + λύση CTL ευαίσθητο CTL 1 + 1ο ανθρώπινο καρκινικό Αg = MAGE-1 (μελάνωμα) λύση CTL ευαίσθητο CTL 2 + λύση CTL ευαίσθητο CTL 3 + μη λύση CTL ανθεκτικό CTL 4 Van den Eynde et al, 1991

Σημαντικοί σταθμοί στην Ανοσολογία του Καρκίνου 1890: Coley: το ανοσοποιητικό σύστημα μπορεί να αντιμετωπίσει τον καρκίνο 1967: Mitchison: ανοσολογική μνήμη για τον καρκίνο, ανοσοπροστασία/ανοσοεπιτήρηση στα ποντίκια 1971: Parmiani: ανθρώπινα λεμφοκύτταρα σκοτώνουν αυτόλογα καρκινικά κύτταρα από μελάνωμα in vitro 1985: Fenton: τα καρκινικά κύτταρα εκφράζουν ανοσογονικές παραλλαγές που επάγουν Τ κυτταρικές ανοσοαπαντήσεις (TAAs) 1991: Boon: κλωνοποίηση του πρώτου καρκινικού αντιγόνου 1995: DeLuca: “licensed” DCs επάγουν ογκοειδική Τ κυτταρική ανοσία 1995 + …: αντικαρκινικά εμβόλια, πρώτες κλινικές δοκιμές 2000 : Seya: συμμετοχή της φυσικής ανοσίας στην ανοσοεπιτήρηση των όγκων 2003 + …: θεραπευτικά και προφυλακτικά εμβόλια στην αγορά

Τα “αδειοδοτημένα” DCs στον όγκο Μη “αδειοδοτημένο” “Aδειοδοτημένο” Terne et al, 2009

Τα “αδειοδοτημένα” DCs στον όγκο DCs GFP B16 RFP Hoffman, 2004

Σημαντικοί σταθμοί στην Ανοσολογία του Καρκίνου 1890: Coley: το ανοσοποιητικό σύστημα μπορεί να αντιμετωπίσει τον καρκίνο 1967: Mitchison: ανοσολογική μνήμη για τον καρκίνο, ανοσοπροστασία/ανοσοεπιτήρηση στα ποντίκια 1971: Parmiani: ανθρώπινα λεμφοκύτταρα σκοτώνουν αυτόλογα καρκινικά κύτταρα από μελάνωμα in vitro 1985: Fenton: τα καρκινικά κύτταρα εκφράζουν ανοσογονικές παραλλαγές που επάγουν Τ κυτταρικές ανοσοαπαντήσεις (TAAs) 1991: Boon: κλωνοποίηση του πρώτου καρκινικού αντιγόνου 1995: DeLuca: “licensed” DCs επάγουν ογκοειδική Τ κυτταρική ανοσία 1995 + …: αντικαρκινικά εμβόλια, πρώτες κλινικές δοκιμές 2000 : Seya: συμμετοχή της φυσικής ανοσίας στην ανοσοεπιτήρηση των όγκων 2003 + …: θεραπευτικά και προφυλακτικά εμβόλια στην αγορά

Ο σχεδιασμός μιας κλινικής δοκιμής Πρωτόκολλο? ….Χρόνια? Ζωικά μοντέλα

Σημαντικοί σταθμοί στην Ανοσολογία του Καρκίνου 1890: Coley: το ανοσοποιητικό σύστημα μπορεί να αντιμετωπίσει τον καρκίνο 1967: Mitchison: ανοσολογική μνήμη για τον καρκίνο, ανοσοπροστασία/ανοσοεπιτήρηση στα ποντίκια 1971: Parmiani: ανθρώπινα λεμφοκύτταρα σκοτώνουν αυτόλογα καρκινικά κύτταρα από μελάνωμα in vitro 1985: Fenton: τα καρκινικά κύτταρα εκφράζουν ανοσογονικές παραλλαγές που επάγουν Τ κυτταρικές ανοσοαπαντήσεις (TAAs) 1991: Boon: κλωνοποίηση του πρώτου καρκινικού αντιγόνου 1995: DeLuca: “licensed” DCs επάγουν ογκοειδική Τ κυτταρική ανοσία 1995 + …: αντικαρκινικά εμβόλια, πρώτες κλινικές δοκιμές 2000 : Seya: συμμετοχή της φυσικής ανοσίας στην ανοσοεπιτήρηση των όγκων 2003 + …: θεραπευτικά και προφυλακτικά εμβόλια στην αγορά

Το μικροπεριβάλλον των όγκων NK κύτταρα, NKT κύτταρα, Δενδριτικά κύτταρα, Μακροφάγα, Ηωσινόφιλα, Μαστοκύτταρα, γδT κύτταρα…. Kerkar & Restifo, 2012

Σημαντικοί σταθμοί στην Ανοσολογία του Καρκίνου 1890: Coley: το ανοσοποιητικό σύστημα μπορεί να αντιμετωπίσει τον καρκίνο 1967: Mitchison: ανοσολογική μνήμη για τον καρκίνο, ανοσοπροστασία/ανοσοεπιτήρηση στα ποντίκια 1971: Parmiani: ανθρώπινα λεμφοκύτταρα σκοτώνουν αυτόλογα καρκινικά κύτταρα από μελάνωμα in vitro 1985: Fenton: τα καρκινικά κύτταρα εκφράζουν ανοσογονικές παραλλαγές που επάγουν Τ κυτταρικές ανοσοαπαντήσεις (TAAs) 1991: Boon: κλωνοποίηση του πρώτου καρκινικού αντιγόνου 1995: DeLuca: “licensed” DCs επάγουν ογκοειδική Τ κυτταρική ανοσία 1995 + …: αντικαρκινικά εμβόλια, πρώτες κλινικές δοκιμές 2000 : Seya: συμμετοχή της φυσικής ανοσίας στην ανοσοεπιτήρηση των όγκων 2003 + …: θεραπευτικά και προφυλακτικά εμβόλια στην αγορά

Εμπορικά διαθέσιμα αντικαρκινικά εμβόλια HPV vaccine (h. cervical cancer) HBV vaccine (liver cancer) mucin I (colon cancer) ? breast cancer? pancreatic cancer? Προφυλακτικά Sipuleucel-T, ProstVac (prostate cancer) Oncophage (kidney cancer, metastatic melanoma, glioma) OncoVEX (melanoma, head & neck cancer) mAbs (Herceptin, Rituxan, Mylotarg, etc) CimaVax-EGF (lung); Neuvenge (breast, bladder, colon, ovarian); NeuVax (HER/neu tumors); BiovaxID (follicular lymphoma); ADXS31 (renal, colon); SCIB1(melanoma) Θεραπευτικά Finn OJ, 2003; Gulley et al., 2011

Νοέμβριος 2005: έγκριση του 1ου κυτταρικού εμβολίου FDA fast-track grant! λευκαφαίρεση απομόνωση APC Ag PAP GM-CSF φόρτωμα APC με Ag Ασθενής Provenge Provenge-ενεργοποιημένο Τ κύτταρο ανενεργό Τ κύτταρο τα ενεργοποιημένα Τ κύτταρα πολλαπλασιάζονται…. …και σκοτώνουν τα προστατικά καρκινικά κύτταρα Small et al, 2005

Η φύση των καρκινικών αντιγόνων Ογκοειδικά αντιγόνα (tumor specific antigens; TSA) παρόντα μόνο στα καρκινικά κύτταρα γονίδια που εκφράζονται ειδικά από τους όγκους φυσιολογικά γονίδια που έχουν υποστεί μεταλλάξεις b. Ογκοσχετιζόμενα αντιγόνα (tumor associated antigens; TAA) παρόντα στα καρκινικά κύτταρα και σε μερικά φυσιολογικά κύτταρα φυσιολογικά εκφράζονται σε άλλα στάδια διαφοροποίησης μεταλλαγμένες πρωτεΐνες υπερεκφραζόμενες πρωτεΐνες

Τα καρκινικά αντιγόνα που αναγνωρίζονται από τα Τ λεμφοκύτταρα Ογκοειδικά Ογκοσχετιζόμενα Υπερεκφραζόμενα Ag διαφοροποίησης (x100 φορές σε Ca) (2-6 μηνών έμβρυα) (σε mg στα έμβρυα)

Μηχανισμοί δημιουργίας καρκινικών αντιγόνων (or specific gene expression) (or expression of mutated protein)

A tumor cell to be immunogenic SHOULD: express MHC class I & class II molecules express increased levels of TSA or TAA (40.000 vs 400 copies) express costimulatory signals express adhesion molecules secrete cytokines that differentiate and activate effector cells

Produce & secrete “good” cytokines Tumor cell costimulators (CD80, CD86) MHC class I/II LFA-3 ICAM-1 IFN-γ IL-4 3 IL-1 IL-6 TNF-α IL-12 IL-15 CD8/ CD4 T CELL 2 1 CD28 TCR LFA-1 CD2 p56lck

Επαγωγή CD8+ Τ κυτταρικών απαντήσεων κατά όγκων Cross-priming

Κυτταρικοί υποπληθυσμοί που λύουν καρκινικά κύτταρα Αναγνώριση καρκινικών κυττάρων από λεμφοκύτταρα ειδική (peptide-mediated MHC-restricted) μη ειδική ΝΚ κύτταρα CIK κύτταρα ΝΚ-Τ κύτταρα μακροφάγα T λεμφοκύτταρα (CTL, TIL)

Eκκριτικός μηχανισμός κυτταροτοξικότητας CΤL Eκκριτικός μηχανισμός κυτταροτοξικότητας εξωκυττάρωση λυτικών κυστιδίων απελευθέρωση περφορίνης και granzymes επαγωγή φαινομένων απόπτωσης Tumor cell

Μη εκκριτικός μηχανισμός κυτταροτοξικότητας, Fas-Fas Ligand CΤL Μη εκκριτικός μηχανισμός κυτταροτοξικότητας, Fas-Fas Ligand A) Το μόριο Fas (CD95, Apo-1) είναι μια διαμεμβρανική γλυκοπρωτεΐνη με τρεις κυτταροπλασματικές υπομονάδες που περιέχουν αλληλουχίες DD (Death Domains) B) Η σύνδεση του FasL με το Fas οδηγεί στη δημιουργία του συμπλόκου επαγωγής κυτταρικού θανάτου (Death Inducing Signalling Complex) Σύνδεση FADD (Fas Associated protein with Death Domains) με Fas (DD-DD αλληλεπιδράσεις) Σύνδεση προκασπάσης-8 με FADD (DED-DED αλληλεπιδράσεις)

Κυτταρικοί υποπληθυσμοί που λύουν καρκινικά κύτταρα Αναγνώριση καρκινικών κυττάρων από λεμφοκύτταρα ειδική (peptide-mediated MHC-restricted) μη ειδική ΝΚ κύτταρα CIK κύτταρα ΝΚ-Τ κύτταρα μακροφάγα T λεμφοκύτταρα (CTL, TIL)

Αμεση αναγνώριση καρκινικού κυττάρου από ΝΚ-Τ κύτταρα NK, NK-Τ Αμεση αναγνώριση καρκινικού κυττάρου από ΝΚ-Τ κύτταρα MIC NKG-2D DAP10- DAP10 καρκινικό κύτταρο MHCI, CD1d peptide or glycolipid ligands (a-Gal-Cer) perforin release perforin release TCR ΝΚΤ ΝΚ IFN-γ

Έμμεση αναγνώριση καρκινικού κυττάρου από ΝΚ-Τ κύτταρα NK-Τ Έμμεση αναγνώριση καρκινικού κυττάρου από ΝΚ-Τ κύτταρα MIC NKG-2D καρκινικό κύτταρο DAP10- DAP10 shedded tumor Ag CD1d a-Gal-Cer ΜΦ perforin release ΝΚ TCR IFN-γ ΝΚΤ

Μακροφάγα (TNF-α)

…τελικά... Borghaei et al., 2009

Τρόποι διαφυγής των καρκινικών κυττάρων από την ανοσοεπιτήρηση

Frequency of HLA class I antigen loss or down-regulation in various human cancers

Frequency of TAP loss or down-regulation in various human cancers

   

Σύνοψη των μηχανισμών διαφυγής καρκινικών κυττάρων από την ανοσοεπιτήρηση Failure to express MHC antigen Abnormal expression of adhesion or accessory molecules Induction of suppressor (regulatory) cells Occurence in immuno suppressed hosts Changes in T cell signal transduction molecules Decrease of and heterogeneity of TAA expression Anergy induction or clonal deletion of responding cells Utilization of products of tumor- stimulated leukocytes for tumor cell growth Secretion of immune -downregulatory soluble factors Inhibition of NK-activity by the absence of activating ligands and/or presence of inhibitory receptors

Ανοσοθεραπεία του καρκίνου

Γιατί να ενεργοποιήσουμε το ανοσοποιητικό σύστημα ? γιατί τα κύτταρά του: “ταξιδεύουν” σε όλο το σώμα ενεργοποιούνται από τον καρκίνο δεν είναι τοξικά παρέχουν “συνεχή χημειοθεραπεία” έχουν μνήμη μπορούν να προστατεύσουν από υποτροπές

Ανοσοθεραπεία του Καρκίνου 3 βασικές μέθοδοι 1. Ενεργός ανοσοποίηση (εμβολιασμός) 2. Παθητική ανοσοθεραπεία ή ανοσοθεραπεία με μεταφορά (επαναλαμβανόμενες εγχύσεις ex vivo ενεργοποιημένων κυττάρων, αντισωμάτων ή κυτταροκινών) 3. Γονιδιακή θεραπεία (μετατροπή του κυττάρου με ελαττωματική έκφραση μορίων ή λειτουργίες)

Κλινικές θεραπείες στην Ανοσοθεραπεία του Καρκίνου Ενεργός ανοσοποίηση (Εμβόλια) Κυτταρικός εμβολιασμός (whole tumor cell lysates) ? Χρήση συγκεκριμένων καρκινικών αντιγόνων?(+cytokines? modified?) Δενδριτικά κύτταρα ως APC Παθητική ανοσοθεραπεία LAK/CIK ανοσοθεραπεία TIL ανοσοθεραπεία Κυτταροκίνες Μονοκλωνικά αντισώματα

Τρόποι Ανοσοθεραπείας του καρκίνου (Ca cell + συνδιεγέρτες) Καρκινικά αντιγόνα (DC + πεπτίδια) Καρκινικά αντιγόνα (DC + cDNA) Καρκινικά αντιγόνα (Ca cell + συνδιεγέρτες)

Ανοσοθεραπεία με καρκινικά αντιγόνα

Ογκοσχετιζόμενα Ag (ΤΑΑ) ως εμβόλια Phase II study with melanoma pts Peptide used: gp-100 (209-217) Vaccine: 1.0 mg peptide in IFA, sc Protocol Vac: #1 #2in vitro assays #3 #4 #5 Days: 0 1 2+ 21 22+ 28 35 42 +: iv injections of IL-2 every 8 h (6-10 doses) CTL memory clinical outcome Peptide +++ - 17 % CR+PR Peptide+IL-2 + ++ 31 % CR+PR

Reactivity in vitro (%) to Clinical objective responses (%) Τροποποίηση συνθετικών πεπτιδίων (gp100) για τη θεραπεία ασθενών με μελάνωμα gp100209-217 : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I T D Q V P F S V wild type I M D Q V P F S V modified gp100209-217(M) vs. gp100209-217(wt) : in vitro studies: 9-fold better binding to HLA-A*201 higher levels of IFN-γ and GM-CSF production by gp100209-217(M) –specific T cell clones Clinical studies (melanoma patients) Vaccination Reactivity in vitro (%) to Clinical objective responses (%)   gp100(wt) gp100(M) gp100(wt) +IFA+IL-2 20 25 10 gp100(M) +IFA+IL-2 80 90 42

Τα DCs ως «οχήματα» ανιγόνων “Φόρτωμα” με αντιγόνα Ώριμα DCs Επανέγχυση TNF-α ώρες 1-2 ημέρες Ανώριμα DCs Επιλογή μονοκυττάρων 5-6 ημέρες GM-CSF IL-4 ώρες PBMC (λευκαφαίρεση)

Παθητική Κυτταρική Ανοσοθεραπεία Μεταφορά λεμφοκυττάρων Μη ειδικών για τον όγκο Ειδικών για τον όγκο LAK CIK  TIL CTL

LAK KYTTAPA απομόνωση κυττάρων περιφερικού αίματος καρκινοπαθών καλλιέργεια με υψηλές συγκεντρώσεις ιντερλευκίνης-2 (IL-2) επιστροφή των ενεργοποιημένων κυττάρων στον ασθενή, σε συνδυασμό με IL-2 ή χημειοθεραπευτικά φάρμακα προέρχονται κυρίως από πληθυσμούς ΝΚ κυττάρων και αναπτύσσουν μη ειδική κυτταροτοξική δράση

Ανοσοθεραπεία με κύτταρα LAK Λευκαφαίρεση Επανέγχυση Απομόνωση με Ficoll Πλύσιμο των κυττάρων Εργαστηριακές παράμετροι ενεργοποίηση ex vivo

Καλά και κακά αποτελέσματα! Πνευμονικές μεταστάσεις από καρκίνο του νεφρού Πριν 4 εβδομάδες μετά 52 μήνες μετά τη θεραπεία με LAK κύτταρα Tomita et al, 1998

Καλά και κακά αποτελέσματα! Πνευμονικές μεταστάσεις από καρκίνο του νεφρού 4 εβδομάδες μετά Πριν Μετάσταση στον εγκέφαλο 8 εβδομάδες μετά Tomita et al, 1998

Παθητική Κυτταρική Ανοσοθεραπεία Μεταφορά λεμφοκυττάρων Μη ειδικών για τον όγκο Ειδικών για τον όγκο LAK CIK TIL CTL 

CIK KYTTAPA απομόνωση κυττάρων περιφερικού αίματος καρκινοπαθών καλλιέργεια με ιντερφερόνη-γ (IFN-γ) περαιτέρω καλλιέργεια με α-CD3 μονοκλωνικό αντίσωμα, IL-2, IL-1α προέρχονται κυρίως από πληθυσμούς ΝΚ-Τ κυττάρων (CD56+CD3+)

CYTOKINE-INDUCED KILLER CELLS IN VIVO CYTOTOXIC ACTIVITY COMPARED TO LAK CELLS % survival Days

Παθητική Κυτταρική Ανοσοθεραπεία Μεταφορά λεμφοκυττάρων Μη ειδικών για τον όγκο Ειδικών για τον όγκο LAK CIK TIL CTL 

Ανοσοθεραπεία με κύτταρα TIL Επανέγχυση μετά από λεμφοκυτταρική καταστροφή Αφαίρεση όγκου Έκπτυξη σε 1010 κύτταρα Τεμαχισμός Καλλιέργεια με 6.000 U/mL Έλεγχος για ογκοειδικά κύτταρα

Καλύτερα αποτελέσματα! Μεταστάσεις από μελάνωμα στο ήπαρ και το επινεφρίδιο Μετά από 4 μήνες Πριν ? ! Rosenberg et al, 2008

Κυτταρική Ανοσοθεραπεία Μεταφορά λεμφοκυττάρων Μη ειδικών για τον όγκο Ειδικών για τον όγκο LAK CIK TIL CTL 

Ανοσοθεραπεία με CTL Έκπτυξη Γενετική τροποποίηση Τ κυττάρων Αφαίρεση Έγχυση Αναγνώριση των Ca Ενεργοποίηση των T Θάνατος των Ca

Ανοσοθεραπεία με διαμόλυνση καρκινικών κυττάρων (γονιδιακή θεραπεία) γονίδιο συνδιεγερτικού μορίου (Β7) γονίδιο aυξητικού παράγοντα (GM-CSF)

Sipuleucel-T: Μηχανισμός δράσης

Dendritic cell-tumor cell fusion (Tu-DC hybrids) Presentation of Ag expressed by the tumor cell in concert with costimulating capabilities of DCs MHC II PEG or electrofusion MHC I Adhesion molecule DC tumor cell Adhesion molecule B7 Adhesion molecule B7 MHC I MHC I MHC II Tumor-DC Hybrid B7 MHC II Adhesion molecule Avigan et al., 2012

Aνοσοενισχυτικοί παράγοντες Interferon-α: melanoma, renal carcinoma, hairy cell leukemia, CML Interleukin-2: melanoma, renal cell carcinoma, ALL, CLL, non-Hodkin’s lymphoma GM-CSF: melanoma TNF-α, IL-3, IL-4, IL-6, IL-12, IFN-β, IFN-γ BCG, alum, CpG oligos Thymic peptides: thymic fraction V, thymosin α1, prothymosin α

Ανοσοθεραπεία με αντισώματα γυμνά (naked) μονοκλωνικά αντισώματα αντισώματα εναντίον καρκινικών αντιγόνων σχηματίζουν σύμπλοκα με τοξικούς παράγοντες διειδικά αντισώματα (Bispecific antibodies) διαντισώματα (Diabodies)

Χρήση Αντισωμάτων στην Ανοσοθεραπεία του Καρκίνου Χρήση Αντισωμάτων στην Ανοσοθεραπεία του Καρκίνου Πλεονεκτήματα Εύκολη παραγωγή μονοκλωνικών Ab Υψηλή συγγένεια για το Ag Δεν περιορίζονται από τα MHC μόρια Επαγωγή ανοσοδραστικών λειτουργιών a. complement-dependent cytotoxicity (CDC) b. cellular-dependent cytotoxicity (ADCC)

Χρήση Αντισωμάτων στην Ανοσοθεραπεία του Καρκίνου Χρήση Αντισωμάτων στην Ανοσοθεραπεία του Καρκίνου Μειονεκτήματα Ανάπτυξη ανθρώπινων Ab έναντι των Ab του ποντικού (ανθρώπινα ή ανθρωποποιημένα mAb) Μικρός χρόνος ημιζωής Μικρή διεισδυτική ικανότητα σε ιστούς Χαμηλή ανοσοδιεγερτική ικανότητα Δεν είναι πάντα κυτταροτοξικά

Τροποποιήσεις ποντικίσιων mAbs για μείωση της ανοσογονικότητάς τους επαγωγή HAMA mVL & mVH σε hIgG μόνο mCDRs από διαγονιδιακά ποντίκια ή Fab βιβλιοθήκες φάγων ΠΟΝΤΙΚΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΧΙΜΑΙΡΙΚΟ ΠΡΩΤΕΥΟΝΤΩΝ ΑΝΘΡΩΠΟΥ Για χρόνια θεραπεία Για σύντομη θεραπεία

Γυμνά αντισώματα: Μηχανισμός δράσης cellular cytotoxicity (ADCC) Effector cell FcγR antibody dependent cellular cytotoxicity (ADCC) Tumor cell complement dependent cytotoxicity (CDC) C1qH CR1 CR3 Effector cell

Ανοσοθεραπεία με αντισώματα ADCC; CDC mAb-Ricin σύζευγμα μακροφάγο NK γυμνό mAb καρκινικό δραστικό φάρμακο ένζυμο mAb-isotope σύζευγμα προ-φάρμακο

FDA εγκεκριμένα mAbs Used for the treatment of Scott et al., 2012 mAb name Trastuzumab Bevacizumab Cetuximab Panitumumab Ipilimumab Rituximab Alemtuzumab Ofatumumab Gemtuzumab ozogamicin Brentuximab vedotin 90Y-Ibritumomab Tiuxetan 131I-Tositumomab Trade Name Herceptin Avastin Erbitux Vectibix Yervoy Rituxan/Mabthera Campath Arzerra Mylotarg Adcetris Zevalin Bexxar Used for the treatment of Breast, gastric, gastroesophageal Colorectal, lung, glioblastoma, renal Colorectal, squamous head and neck Colorectal metastatic Melanoma NHL, CLL, follicular NHL B-cell CLL CLL AML HL, analpastic lymphoma B-cell NHL NHL Scott et al., 2012

Μηχανισμός δράσης του Herceptin

FDA εγκεκριμένα mAbs Used for the treatment of Scott et al., 2012 mAb name Trastuzumab Bevacizumab Cetuximab Panitumumab Ipilimumab Rituximab Alemtuzumab Ofatumumab Gemtuzumab ozogamicin Brentuximab vedotin 90Y-Ibritumomab Tiuxetan 131I-Tositumomab Trade Name Herceptin Avastin Erbitux Vectibix Yervoy Rituxan/Mabthera Campath Arzerra Mylotarg Adcetris Zevalin Bexxar Used for the treatment of Breast, gastric, gastroesophageal Colorectal, lung, glioblastoma, renal Colorectal, squamous head and neck Colorectal metastatic Melanoma NHL, CLL, follicular NHL B-cell CLL CLL AML HL, analpastic lymphoma B-cell NHL NHL Scott et al., 2012

Μηχανισμός δράσης του Avastin

FDA εγκεκριμένα mAbs Used for the treatment of Scott et al., 2012 mAb name Trastuzumab Bevacizumab Cetuximab Panitumumab Ipilimumab Rituximab Alemtuzumab Ofatumumab Gemtuzumab ozogamicin Brentuximab vedotin 90Y-Ibritumomab Tiuxetan 131I-Tositumomab Trade Name Herceptin Avastin Erbitux Vectibix Yervoy Rituxan/Mabthera Campath Arzerra Mylotarg Adcetris Zevalin Bexxar Used for the treatment of Breast, gastric, gastroesophageal Colorectal, lung, glioblastoma, renal Colorectal, squamous head and neck Colorectal metastatic Melanoma NHL, CLL, follicular NHL B-cell CLL CLL AML HL, analpastic lymphoma B-cell NHL NHL Scott et al., 2012

A 74-year-old woman with melanoma and abdominal pain after 14 months of Ipilimumab (anti–CTLA-4) treatment. —74-year-old woman with melanoma and abdominal pain after 14 months of anti–CTLA-4 treatment. PET images (left; top and center right) show intensely FDG-avid abdominal fascia (arrows) and FDG-avid bilateral sacroiliac joints (arrowheads). Contrast-enhanced CT scan (bottom right) shows diffuse thickening and hyperenhancement of fascia (arrows). Anti–CTLA-4 treatment was suspended for 1 month and resumed. Manifestations spontaneously resolved 3 months later. Bronstein et al., 2011

Curing Melanoma Overexpressing the Glycolipids GD2 and GM2 with mAbs Melanoma resistant to radiotherapy The same melanoma after local injection of anti-GD2 and anti-GM2

Συνδέοντας Τ κύτταρα μέσω αντισωμάτων για την καταστροφή των καρκινικών κυττάρων

Διασώματα (Diabodies) T cell TCR/CD3 B lymphocyte Idiotype

Ο κίνδυνος εμφάνισης αυτοανοσίας Cancer type Number of patients Response (duration in months) Autoimmunity Metastatic melanoma 13 6/13 PR; 4/13 NR/m; 3/13 NR 4/13 Vitiligo; 1/13 Uveitis Melanoma stage IV 14 3/14 PR 6/14 grade III/IV toxicity (enterocolitis, hypophysitis, hepatitis) Dudley and Rosenberg, 2003; Phan et al, 2003

Μεταμόσχευση αρχέγονων κυττάρων Autologous or Allogeneic Graft vs Leukemia, Myeloma, Tumor (T & NK cell recognition)

GARDASIL: From Bench Top to Bed-side Vaccine charasteristics non-infectious recombinant (yeast) quadrivalent (capsid prt of HPV types 6, 11, 16, 18) approved for women aged 9-26 years prevention of cervical cancer & genital wards, vulvar and vaginal precancerous lesions Clinical trials Phase I : 2,391 women, efficacy 100 % over 40 months Phase II : 552 women, efficacy 100 % over 5 years Phase III : 18,000 women, efficacy 100 % over 2 years

Cancer therapy with gene-engineered T cells Chimeric Antibody - T Cell receptor (CAR) combines Antibody specificity with T Cell function Gross, Waks & Eshhar, 1989

Optimization of T cell activation and function Co-stimulatory signals are required, especially if target cells (eg. cancer cells) do not express co-stimulatory ligands

Initial results in tumor-bearing mice NCG mice injected with SKOV3 and 8 x 106 CAR+ T cells on d0 & d5 CD4+ & CD8+ T cell survival on d73 (4w) in the periphery Song et al, 2011

Design of clinical protocol

Clinical trials reporting responses Cancer type (Res. group) CAR specificity No of pts treated Outcome Phase Neuroblastoma (Brenner, 2011) CD2-3ζ 19 3 CR, 8 OR I B-ALL & CLL (Sadelain, 2011) CD19-28-3ζ 8 2 CR, 5 OR I/II B-CLL (June, 2011) CD19-4-1BB-3ζ 3 2 CR, 1 PR Lymphoma & CLL (Rosenberg, 2012) 7 1 CR, 5 PR, 1 SD NHL (Riddell, 2012) CD20-4-1BB-28-3ζ 1 PR, 2 NED ALL (Sadelain, 2013) 5 5 CR Prostate (Cohen, 2013) PSMA-3ζ 2 PR ? I (ongoing ; NCT00664196) Kershaw et al, 2013

First pediatric patient: Emma Whitehead August 2011 April 2012 April 2013 Carl June George Coukos