Chimeric Antigen Receptor (CAR) T cells versus Bispecific T cell Engager (BITE®)

Master thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2021

Patients suffering from acute myeloid leukemia (AML) still face a poor clinical prognosis, underpinning the need for novel or improved therapies (Brauchle et al. 2020, Wang et al. 2018). Genetically engineered chimeric antigen receptor (CAR) T cells, which combine the target recognition of an antibody and the long-term effector function of T cells, have already achieved clinical success in the treatment of acute lymphoblastic leukemia (ALL) (Hofmann et al. 2019, Wang et al. 2018). Bispecific T cell engager (BiTE®) constructs redirect T cells to promote targeted killing of tumor cells and their success have been clinically validated in hematologic malignancies (Huehls et al. 2015). Due to its high expression levels on AML blasts and the limited expression on normal tissue, the FMS-like tyrosine kinase 3 (FLT3) is considered a suitable tumor associated antigen and was lately used as a target for both CAR- and BiTE®-constructs (Gilliland and Griffin 2002, Brauchle et al. 2020). To evaluate and compare the efficacy and function of a FLT3 CAR and a FLT3 BiTE® construct, T-cell–dependent cellular cytotoxicity against FLT3-positive cell lines in vitro or primary AML (pAML) blasts ex vivo, off-target lysis and T-cell exhaustion was assessed. While treatment with FLT3 BiTE® molecule showed a higher specific lysis of FLT3-positive cell lines compared to CAR-T cell treatment, a higher lysis of pAML samples was observed with CAR-T cells after 3 days of coculture. CAR-T cell treatment showed a higher off target lysis on healthy bone marrow, while treatment with the BiTE® reached a higher lysis of FLT3-negative cell lines, also in a bystander setting. Upon treatment, PD-1 on T cells was upregulated to a higher extend in the BiTE® condition, while both FLT3 CAR-T cell and BiTE® treatment led to a downregulation of FLT3 on cell lines and pAML blasts. Combination with the PD-1 blocking antibody Nivolumab increased both CAR- and BiTE®- mediated lysis, while the addition of tyrosine kinase inhibitors only had a positive effect on the BiTE® activity. In summary, these in vitro results do not reveal any clear advantages for either of the two therapy forms. However, in general an advantage is seen for BiTE® constructs, since the manufacturing of CAR-T cells takes several weeks and often fails, while BiTE® antibodies are available “off-the-shelf”. Further, BiTE® administration is possible in repetitive dosing and the treatment can be interrupted, which is more complicated for CAR-T cells.

Masterarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2021

Patienten, die an akuter myeloischer Leukämie (AML) leiden, erhalten immer noch eine schlechte klinische Prognose, was den Bedarf an neuen oder verbesserten Therapien untermauert (Wang et al. 2018, Brauchle et al. 2020). Gentechnisch hergestellte chimäre Antigenrezeptor (CAR) T-Zellen, die die Antigenerkennung eines Antikörpers und die langfristigen Effektorfunktionen von T-Zellen kombinieren, konnten bereits klinische Erfolge bei der Behandlung der akuten lymphatischen Leukämie (ALL) erzielen (Wang et al. 2018, Hofmann et al. 2019). Bispezifische T-Zell-Engager-Konstrukte (BiTE®) leiten T-Zellen um, sodass sie gezielt Tumorzellen abtöten, und ihr Erfolg wurde ebenfalls schon bei hämatologischen Malignomen klinisch validiert (Huehls et al. 2015). Aufgrund der hohen Expressionsraten auf AML-Blasten und der begrenzten Expression in normalem Gewebe gilt die FMS-ähnliche Tyrosinkinase 3 (FLT3) als geeignetes tumorassoziiertes Antigen und wurde in letzter Zeit sowohl als Ziel für CAR- als auch für BiTE®-Konstrukte verwendet (Gilliland and Griffin 2002, Brauchle et al. 2020). Um die Wirksamkeit und Funktion eines FLT3 CAR- und eines FLT3 BiTE®-Konstrukts zu bewerten und zu vergleichen, wurde die T-Zell abhängige zelluläre Zytotoxizität (TDCC) gegen FLT3-positive Zelllinien in vitro oder primäre AML (pAML)-Blasten ex vivo, sowie die unspezifische Lyse und die Erschöpfung der T-Zellen bewertet. Während die FLT3 BiTE® Behandlung im Vergleich zur CAR-T Zell Behandlung eine höhere spezifische Lyse von FLT3-positiven Zelllinien zeigte, konnten CAR-T Zellen nach 3 Tagen eine höhere Lyse von pAML Spenderproben erzielen. CAR-T-Zellen zeigten in gesundem Knochenmark eine höhere unspezifische Lyse, während bei der Behandlung mit dem FLT3 BiTE® eine höhere Lyse von FLT3-negativen Zelllinien beobachtet wurde. Durch die Ko-Kultur mit Tumorzellen wurde PD-1 auf BiTE® gebundenen T-Zellen stärker hochreguliert, während sowohl die CAR- als auch die BiTE®-Behandlung zu einer Herunterregulierung von FLT3 auf Zelllinien und pAML-Blasten führten. Die Kombination mit dem PD-1-blockierenden Antikörper Nivolumab erhöhte sowohl die CAR- als auch die BiTE®-vermittelte Lyse, während die Zugabe von Tyrosinkinase-Inhibitoren nur einen positiven Effekt auf die BiTE®-Aktivität hatte. Zusammenfassend lassen diese in vitro-Ergebnisse für keine der beiden Therapieformen eindeutige Vorteile erkennen. Generell wird jedoch ein Vorteil für BiTE®-Konstrukte gesehen, da die Herstellung von CAR-T-Zellen mehrere Wochen dauert und oft scheitert, während BiTE®-Antikörper „von der Stange“ erhältlich sind. Darüber hinaus ist die Gabe von BiTE®-Antikörpern in wiederholter Dosierung möglich und die Behandlung kann unterbrochen werden, was für CAR-T-Zellen komplizierter ist.

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