Гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор и технология CAR-T при солидных опухолях в эксперименте

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ , ,

Д.В. Зайцев1, Е.К. Зайкова1,2, А.С. Головкин1, Э.Р. Булатов3, А.Х. Валиуллина3, Р.М. Миргаязова3, А.А. Дакс2, А.Ю. Зарицкий1, А.В. Петухов1,2

1 ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России, ул. Аккуратова, д. 2, Санкт-Петербург, Российская Федерация, 197341

2 ФГБУН «Институт цитологии РАН», Тихорецкий пр-т, д. 4, Санкт-Петербург, Российская Федерация, 194064

3 ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет», ул. Кремлевская, д. 18, Казань, Российская Федерация, 420008

Для переписки: Даниил Владиславович Зайцев, ул. Аккуратова, д. 2, Санкт-Петербург, Российская Федерация, 197341; тел.: +7(981)727-16-74; e-mail: zaicev_daniil@mail.ru

Для цитирования: Зайцев Д.В., Зайкова Е.К., Головкин А.С. и др. Гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор и технология CAR-T при солидных опухолях в эксперименте. Клиническая онкогематология. 2020;13(2):115–22.

DOI: 10.21320/2500-2139-2020-13-2-115-122

РЕФЕРАТ

Актуальность. Цитокины являются важными факторами, способствующими повышению эффективности CAR T-клеточной терапии. Кроме того, это ключевые элементы патогенеза синдрома высвобождения цитокинов и нейротоксичности при использовании технологии CAR-T. Однако в настоящее время эффекты цитокинов в контексте CAR T-терапии изучены недостаточно.

Цель. Проведение количественной оценки секреции цитокинов методом мультиплексного анализа при совместной инкубации CAR T-лимфоцитов анти-CD19 с эпителиальными клетками линий HeLa и A431, экспрессирующими на своей поверхности CD19.

Материалы и методы. Т-лимфоциты подвергнуты трансдукции лентивирусным вектором, содержащим ген анти-СD19-CAR. Экспрессия CAR проверена по репортеру GFP методом проточной цитометрии. С целью подтвердить специфическую активацию CAR T-клеток в ответ на опухолевый антиген проведен иммуноферментный анализ на определение уровня интерлейкина-2, интерферона-γ и фактора некроза опухолей-α. Цитотоксическая активность полученных CAR T-лимфоцитов изучалась при их прямом совместном культивировании с клетками-мишенями. Сравнение уровня цитокинов, выделенных до и после инкубации мишеней с CAR T-клетками, выполнено методом мультиплексного анализа.

Результаты. Отмечено повышение уровня провоспалительных цитокинов (интерлейкина-6, интерлейкина-1β, интерферона-γ) (p < 0,01). Разница в уровне противовоспалительных цитокинов (интерлейкина-4, интерлейкина-10) оказалась незначительной, а в эксперименте на клеточной линии HeLa — статистически незначимой (p > 0,05). Выявлено многократное увеличение концентрации гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) после инкубации с CAR T-лимфоцитами (p < 0,01).

Заключение. Выявлено многократное повышение уровня ГМ-КСФ, являющегося одним из ключевых звеньев патогенеза синдрома высвобождения цитокинов и CAR T-ассоциированной нейротоксичности. Данные, полученные в дальнейших исследованиях ГМ-КСФ при использовании технологии CAR-T, могут привести к повышению эффективности CAR T-терапии при значимом снижении ее токсичности.

Ключевые слова: CAR T-клетки, ГМ-КСФ, цитокины, иммунотерапия.

Получено: 10 января 2020 г.

Принято в печать: 28 марта 2020 г.

Читать статью в PDF

ЛИТЕРАТУРА

  1. Stenken JA, Poschenrieder AJ. Bioanalytical Chemistry of Cytokines – a review. Analyt Chim Acta. 2015;853:95–115. doi: 10.1016/j.aca.2014.10.009.
  2. Zhang JM, An J. Cytokines, Inflammation and Pain. Int Anesthesiol Clin. 2007;45(2):27–37. doi: 10.1097/AIA.0b013e318034194e.
  3. Xu XJ, Song DG, Poussin M, et al. Multiparameter comparative analysis reveals differential impacts of various cytokines on CART cell phenotype and function ex vivo and in vivo. Oncotarget. 2016;7(50):82354–68. doi: 10.18632/oncotarget.10510.
  4. DeRenzo C, Gottschalk S. Genetic Modification Strategies to Enhance CAR T Cell Persistence for Patients With Solid Tumors. Front Immunol. 2019;10:218. doi: 10.3389/fimmu.2019.00218.
  5. Shimabukuro-Vornhagen A, Godel P, Subklewe M, et al. Cytokine release syndrome. J Immunother Cancer. 2018;6(1):56. doi: 10.1186/s40425-018-0343-9.
  6. Schmidts A, Maus MV. Making CAR T Cells a Solid Option for Solid Tumors. Front Immunol. 2018;9:2593. doi: 10.3389/fimmu.2018.02593.
  7. Martinez M, Moon EK. CAR T Cells for Solid Tumors: New Strategies for Finding, Infiltrating, and Surviving in the Tumor Microenvironment. Front Immunol. 2019;10:128. doi: 10.3389/fimmu.2019.00128.
  8. Chinnasamy D, Yu Z, Kerkar SP, et al. Local delivery of interleukin-12 using T cells targeting VEGF receptor-2 eradicates multiple vascularized tumors in mice. Clin Cancer Res. 2012;18(6):1672–83. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-11-3050.
  9. Kochenderfer JN, Feldman SA, Zhao Y, et al. Construction and Preclinical Evaluation of an Anti-CD19 Chimeric Antigen Receptor. J Immunother. 2009;32(7):689–702. doi: 10.1097/cji.0b013e3181ac6138.
  10. Masters JR. HeLa cells 50 years on: the good, the bad and the ugly. Nat Rev Cancer. 2002;2(4):315–9. doi: 10.1038/nrc775.
  11. Bortolomai I, Canevari S, Facetti I, et al. Tumor initiating cells: Development and critical characterization of a model derived from the A431 carcinoma cell line forming spheres in suspension. Cell Cycle. 2010;9(6):1194–206. doi: 10.4161/cc.9.6.11108.
  12. Sanjana NE, Shalem O, Zhang F. Improved vectors and genome-wide libraries for CRISPR screening. Nat Meth. 2014;11(8):783–4. doi: 10.1038/nmeth.3047.
  13. Milone M, Fish J, Carpenito C, et al. Chimeric Receptors Containing CD137 Signal Transduction Domains Mediate Enhanced Survival of T Cells and Increased Antileukemic Efficacy In Vivo. Mol Ther. 2009;17(8):1453–64. doi: 10.1038/mt.2009.83.
  14. Петухов А.В., Маркова В.А., Моторин Д.В. и др. Получение CAR T-лимфоцитов, специфичных к CD19, и оценка их функциональной активности in vitro. Клиническая онкогематология. 2018;11(1):1–9. doi: 10.21320/2500-2139-2018-11-1-1-9.
    [Petukhov AV, Markova VA, Motorin DV, et al. Manufacturing of CD19 Specific CAR T-Cells and Evaluation of their Functional Activity in Vitro. Clinical oncohematology. 2018;11(1):1–9. doi: 10.21320/2500-2139-2018-11-1-1-9. (In Russ)]
  15. Yanez L, Sanchez-Escamilla M, Perales MA. CAR T Cell Toxicity: Current Management and Future Directions. HemaSphere. 2019;3(2):e186. doi: 10.1097/HS9.0000000000000186.
  16. Barrett DM, Teachey DT, Grupp SA. Toxicity management for patients receiving novel T-cell engaging therapies. Curr Opin Pediatr. 2014;26(1):43–9. doi: 10.1097/MOP.0000000000000043.
  17. Giavridis T, van der Stegen SJC, Eyquem J, et al. CAR T cell-induced cytokine release syndrome is mediated by macrophages and abated by IL-1 blockade. Nat Med. 2018;24(6):731–8. doi: 10.1038/s41591-018-0041-7.
  18. Jones G, Ding C. Tocilizumab: A review of its safety and efficacy in rheumatoid arthritis. Clin Med Ins Arthrit Musculoskel Dis. 2010;3:81–9. doi: 10.4137/cmamd.s4864.
  19. Davila ML, Riviere I, Wang X, et al. Efficacy and toxicity management of 19-28z CAR T cell therapy in B cell acute lymphoblastic leukemia. Mol Ther. 2014;22:s295–s296. doi: 10.1016/s1525-0016(16)35779-3.
  20. Hunter BD, Jacobson CA. CAR T-cell associated neurotoxicity: Mechanisms, clinicopathologic correlates, and future directions. J Nat Cancer Inst. 2019;111(7):646–54. doi: 10.1093/jnci/djz017.
  21. Sachdeva M, Duchateau P, Depil S, et al. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor inactivation in CAR T-cells prevents monocyte-dependent release of key cytokine release syndrome mediators. J Biol Chem. 2019;294(14):5430–7. doi: 10.1074/jbc.AC119.007558.
  22. Sterner RM, Sakemura R, Cox M, et al. GM-CSF inhibition reduces cytokine release syndrome and neuroinflammation but enhances CAR-T cell function in xenografts. Blood. 2019;133(7):697–709. doi: 10.1182/blood-2018-10-881722.
  23. Becher B, Tugues S, Greter M. GM-CSF: From Growth Factor to Central Mediator of Tissue Inflammation. Immunity. 2016;45(5):963–73. doi: 10.1016/j.immuni.2016.10.026.
  24. Wright HL, Bucknall RC, Moots RJ, et al. Analysis of SF and plasma cytokines provides insights into the mechanisms of inflammatory arthritis and may predict response to therapy. Rheumatology. 2012;51(3):451–9. doi: 10.1093/rheumatology/ker338.
  25. Donatien P, Anand U, Yiangou Y, et al. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor receptor expression in clinical pain disorder tissues and role in neuronal sensitization. Pain Rep. 2018;3(5):e676. doi: 10.1097/PR9.0000000000000676.
  26. Xhangolli I, Dura B, Lee G, et al. Single-cell Analysis of CAR-T Cell Activation Reveals A Mixed TH1/TH2 Response Independent of Differentiation. Genom Proteom Bioinform. 2019;17(2):129–39. doi: 10.1016/j.gpb.2019.03.002.

  27. Singh N, Hofmann TJ, Gershenson Z, et al. Monocyte lineage–derived IL-6 does not affect chimeric antigen receptor T-cell function.

    Cytotherapy. 2017;19(7):867–80. doi: 10.1016/j.jcyt.2017.04.001.