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Current limitations and perspectives of chimeric antigen receptor-T-cells in acute myeloid leukemia
(2021)
Adoptive transfer of gene-engineered chimeric antigen receptor (CAR)-T-cells has emerged as a powerful immunotherapy for combating hematologic cancers. Several target antigens that are prevalently expressed on AML cells have undergone evaluation in preclinical CAR-T-cell testing. Attributes of an ‘ideal’ target antigen for CAR-T-cell therapy in AML include high-level expression on leukemic blasts and leukemic stem cells (LSCs), and absence on healthy tissues, normal hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs). In contrast to other blood cancer types, where CAR-T therapies are being similarly studied, only a rather small number of AML patients has received CAR-T-cell treatment in clinical trials, resulting in limited clinical experience for this therapeutic approach in AML. For curative AML treatment, abrogation of bulk blasts and LSCs is mandatory with the need for hematopoietic recovery after CAR-T administration. Herein, we provide a critical review of the current pipeline of candidate target antigens and corresponding CAR-T-cell products in AML, assess challenges for clinical translation and implementation in routine clinical practice, as well as perspectives for overcoming them.
The investigation of the biodistribution profile of a cell-based medicinal product is a pivotal prerequisite to allow a factual benefit-risk assessment within the non-clinical to clinical translation in product development. Here, a qPCR-based method to determine the amount of human DNA in mouse DNA was validated according to the guidelines of the European Medicines Agency and the International Council for Harmonisation of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use. Furthermore, a preclinical worst-case scenario study was performed in which this method was applied to investigate the biodistribution of 2 x 10\(^6\) intravenously administered, genetically modified, blood outgrowth endothelial cells from hemophilia A patients after 24 h and 7 days. The validation of the qPCR method demonstrated high accuracy, precision, and linearity for the concentration interval of 1:1 x 10\(^3\) to 1:1 x 10\(^6\) human to mouse DNA. The application of this method in the biodistribution study resulted in the detection of human genomes in four out of the eight investigated organs after 24 h. After 7 days, no human DNA was detected in the eight organs analyzed. This biodistribution study provides mandatory data on the toxicokinetic safety profile of an actual candidate cell-based medicinal product. The extensive evaluation of the required validation parameters confirms the applicability of the qPCR method for non-clinical biodistribution studies.
Background: Gastric cancers have poor overall survival despite recent advancements in early detection methods, endoscopic resection techniques, and chemotherapy treatments. Vaccinia viral therapy has had promising therapeutic potential for various cancers and has a great safety profile. We investigated the therapeutic efficacy of a novel genetically-engineered vaccinia virus carrying the human sodium iodide symporter (hNIS) gene, GLV-1 h153, on gastric cancers and its potential utility for imaging with Tc-99m pertechnetate scintigraphy and I-124 positron emission tomography (PET).
Methods: GLV-1 h153 was tested against five human gastric cancer cell lines using cytotoxicity and standard viral plaque assays. In vivo, subcutaneous flank tumors were generated in nude mice with human gastric cancer cells, MKN-74. Tumors were subsequently injected with either GLV-1 h153 or PBS and followed for tumor growth. Tc-99m pertechnetate scintigraphy and I-124 microPET imaging were performed.
Results: GFP expression, a surrogate for viral infectivity, confirmed viral infection by 24 hours. At a multiplicity of infection (MOI) of 1, GLV-1 h153 achieved > 90% cytotoxicity in MNK-74, OCUM-2MD3, and AGS over 9 days, and >70% cytotoxicity in MNK-45 and TMK-1. In vivo, GLV-1 h153 was effective in treating xenografts (p < 0.001) after 2 weeks of treatment. GLV-1 h153-infected tumors were readily imaged by Tc-99m pertechnetate scintigraphy and I-124 microPET imaging 2 days after treatment.
Conclusions: GLV-1 h153 is an effective oncolytic virus expressing the hNIS protein that can efficiently regress gastric tumors and allow deep-tissue imaging. These data encourages its continued investigation in clinical settings.
Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob mittels IHH-Gentransfer aus Hüftköpfen gewonnene hMSCs chondrogen im Pelletkultursystem differenziert werden können und ob zugleich durch IHH eine Modulation der hypertrophen Enddifferenzierung der hMSCs in diesem System möglich ist. IHH bestimmt in der Wachstumsfuge zusammen mit PTHrP während der endochondralen Ossifikation die Chondrozytenreifung und -differenzierung entscheidend mit und ist daher ein interessanter Kandidat zur Induktion von hyalinem oder zumindest hyalin-ähnlichem Knorpelgewebe in der stammzellbasierten Gentherapie. Nach Gewinnung und Kultivierung der hMSCs wurden diese mit Ad.GFP, Ad.IHH, Ad.IHH+TGF-β1, Ad.IHH+SOX-9 oder Ad.IHH+BMP-2 transduziert bzw. ein Teil für die Negativkontrolle nicht transduziert und im Anschluss alle Gruppen zu Pellets weiterverarbeitet. Histologische, biochemische sowie molekularbiologische Untersuchungen wurden an verschiedenen Zeitpunkten zur Evaluierung des chondrogenen Differenzierungsgrades sowie der hypertrophiespezifischen Merkmale der kultivierten Pellets durchgeführt. Es konnte durch diese Arbeit sowohl auf Proteinebene als auch auf Genexpressionsebene reproduzierbar gezeigt werden, dass primäre hMSCs im Pelletkultursystem sowohl durch den adenoviralen Gentransfer von IHH allein als auch durch die Co-Transduktionsgruppen IHH+TGF-β1, IHH+SOX-9 und IHH+BMP-2 chondrogen differenziert werden können. Dabei zeigten alle IHH-modifizierten Pellets Col II- und CS-4-positive immunhistochemische Anfärbungen, eine gesteigerte Synthese von Glykosaminoglykanen im biochemischen GAG-Assay sowie eine Hochregulation von mit der Chondrogenese assoziierten Genen. Das Auftreten hypertropher Merkmale bei den chondrogen differenzierten MSCs konnte durch IHH-Gentransfer nach 3 Wochen in vitro-Kultivierung nicht vollkommen unterdrückt werden, war jedoch besonders stark ausgeprägt, wenn BMP-2 co-exprimiert wurde und war etwas weniger evident in der IHH+SOX-9-Gruppe. Dabei zeigte die Ad.IHH+BMP-2-Gruppe sowohl in der ALP-Färbung als auch in dem ALP-Assay und der quantitativen RT-PCR die stärkste Hochregulierung des hypertrophen Markers ALP. Möglicherweise brachte die Überexpression von IHH das fein aufeinander abgestimmte Regulationssystem zwischen IHH und PTHrP aus dem Gleichgewicht und könnte als ein Grund dafür angeführt werden, warum die Hypertrophie im Pelletkultursystem nicht vollkommen supprimiert werden konnte. Es bleibt abzuwarten, ob IHH in vivo die Chondrogenese induzieren und dabei zugleich das Phänomen der chondrogenen Hypertrophie regulieren kann. In der Zukunft würde dies letztlich der stammzellbasierten Knorpelregeneration in vivo zu Gute kommen.
Unter Fanconi Anämie versteht man eine rezessiv vererbbare Multisystem-Erkrankung, die einhergeht mit erhöhter spontaner Chromosomenbrüchigkeit, sowie erhöhter Anfälligkeit für toxische Substanzen, wie Mitomycin C (MMC) oder Diepoxybutan (DEB).Gentherapeutische Versuche scheitern bei FA letztlich daran, dass bei fortgeschrittener aplastischer Anämie (= Knochenmarkversagen) die Gewinnung der zur erfolgreichen Transduktion erforderlichen Mengen an CD34 positiven Stamm-Blutzellen schwierig bis unmöglich ist. Die Fortschritte bei den Fremdspender-Transplantationen lassen erwarten, dass zukünftig nahezu alle FA-Patienten mit dieser Therapieform mit guten Erfolgsaussichten behandelt werden können. Insofern ist auch zu erwarten, dass die Option einer somatischen Gentherapie - trotz vielversprechenden Ergebnissen - zukünftig wieder an Bedeutung verlieren wird.
Die Jahrtausendwende bildete den Rahmen einer lebhaften Zeit in der Gentherapie. Öffentlichkeitswirksame Berichte von bahnbrechenden Erfolgen schienen die Mühen jahrzehntelanger Grundlagenforschung endlich zu den prognostizierten Ergebnissen geführt zu haben, wenn auch vorerst nur in recht kleinen Nischen des Feldes. Begleitet von geschärfter öffentlicher Aufmerksamkeit, vor allem nach einem Todesfall im Rahmen einer gentherapeutischen Studie, schuf die Publikation des ersten therapeutischen Erfolges bei der „Severe Combined Immuno Deficiency“ (SCID) im Millenniumsjahr eine willkommene Atempause für die somatische Gentherapie. Da bei monogenen Defekten im Gegensatz zu polygenen bzw. multifaktoriell bedingten Leiden die Reparatur des jeweiligen Genlokus theoretisch zu einer vollständigen Korrektur führt, waren erste gentherapeutische Fortschritte vor allem in diesem Feld prognostiziert worden. Allerdings stellten sich diese Überlegungen sehr bald als ein in der täglichen Praxis der Laborarbeit mit immer neuen Hindernissen behaftetes Unternehmen heraus, so dass entgegen vorschnell geäußerter Ankündigungen die erwarteten Lösungen meist nur in Ansätzen zu Stande kamen. Ziel dieser Arbeit ist es, anhand ausgewählter monogener Erbkrankheiten den derzeitigen Stand der somatischen Gentherapie einer eingehenden Analyse zu unterziehen.