Open Access

Maja Isabelle Strecker

• With 5-10 newly diagnosed patients per 100,000 people every year, glioblastoma is the most common malignant primary brain tumor. Despite extensive research activity in the last decades, clinical effectiveness of the currently available therapy standard of surgery, radiochemotherapy and tumor-treating fields is still limited and mean survival rates in unselected collectives are only about one year. Accordingly, there is an urgent need to explore new therapeutic options. The current standard of care includes surgery followed by radiation therapy in combination with the alkylating chemotherapeutic agent Temozolomide. Even with successful initial therapy, tumor recurrence is still inevitable. Currently, there are no defined recommendations for clinical management of the disease in the event of tumor recurrence. Only 20-30% of patients qualify for a second surgical resection, while other options include retreatment with Temozolomide, CCNU (Lomustine) or Regorafenib and enrollment in a clinical trial. The development of immunotherapies for glioblastoma, in particular, has been the focus of intense preclinical and clinical efforts. However, low numbers of mutations and a highly immunosuppressive tumor microenvironment result in glioblastoma being considered an immunologically “cold” tumor. Strategies successfully established in mutagen-induced tumors with antibodies directed against the PD-1, PD-L1 or CTLA-A4 immune checkpoints have therefore failed in glioblastoma. Cellular immunotherapies based on chimeric antigen receptor (CAR)-technology have emerged as an alternative powerful option to tackle immunologically “cold” tumors. Several CAR-T cell products targeting glioma antigens have been developed and some evidence of clinical activity has been demonstrated. Natural killer (NK) cells as carriers of CAR constructs have several advantages over T cells, including a much lower risk of neurotoxicity and better interaction with immune cells in the microenvironment. Based on the human NK cell line NK-92, a clinical-grade product, suitable as an off-the-shelf therapeutic, has been developed. The NK-92/5.28.z clone (CAR-NK) expresses a CAR based on the HER2-specific antibody FRP5 in addition to signal-enhancing CD28 and CD3ζ domains. Similar to several other tumor entities, overexpression of the growth factor receptor HER2 is often found in glioblastoma patients. Because of its substantial role in the regulation of cell proliferation, survival, differentiation, angiogenesis and invasion, this receptor is classified as an oncogene. HER2 overexpression plays a major role in the malignant transformation of cells and its oncogenic potential has been studied in detail in breast cancer. However, HER2 expression was also found in up to 80% of glioblastomas, which correlates with an impaired probability of survival. Under physiological conditions, HER2 is not expressed in the adult central nervous system, making it a promising target antigen for glioblastoma immunotherapy. In previous projects, it has already been shown that these CAR-NK cells exhibit a high and specific lytic activity towards HER2+ glioblastoma cells. While repetitive intratumoral injections of CAR-NK cells already significantly extended symptom-free survival in murine orthotopic xenograft models, CAR-NK cell therapy in immunocompetent mice promotes an endogenous anti-tumor immune response which improves tumor control and provides persisting anti-tumor immunity after therapy of early-stage tumors. However, in more advanced tumor models, efficacy is limited and induction of the checkpoint-molecule PD-L1 in response to CAR-NK-cell therapy was identified as a key mechanism of therapy resistance. Immunotherapy employing the intravenous administration of checkpoint inhibitors has already revolutionized the treatment of various malignant diseases such as melanoma or lung cancer. In particular, the approach of cancer immunotherapy has focused on the systemic administration of antibodies directed against immune checkpoints such as PD-1, PD-L1 and CTLA-4. In glioblastoma, both tumor cells and microglia, the brain-resident macrophages, express PD-L1, which hinders the activation of CD8+ and CD4+ T cells. Therefore, immunotherapy directed against the PD-1/PD-L1 axis represents a promising approach for the treatment of glioblastoma. One problem, however, is the severe toxicity caused by the systemic effects of checkpoint inhibitors, since the immune response is stimulated not only in tumor tissue but also in healthy organs. Serious side effects such as colitis, hepatitis, pancreatitis or hypophysitis, including numerous deaths, have been reported. This study aimed to improve the efficacy of CAR-NK cell therapy by combining it with adeno-associated virus (AAV)-mediated transfer of anti-PD-1 antibodies as a strategy to enable local combination therapy to control intracranial tumors. AAVs carrying a payload coding for an anti-PD-1 immunoadhesin (aPD-1) retargeted to HER2-expressing cells by fusion of so-called Designed Ankyrin Repeat Proteins (DARPins) with a viral capsid protein were employed for this to focus checkpoint inhibitor therapy to the tumor area, resulting in high intratumoral and low systemic drug concentrations. ...
• Mit 5-10 neu diagnostizierten Patienten pro 100.000 Einwohner pro Jahr ist das Glioblastom der häufigste bösartige primäre Hirntumor. Trotz intensiver Forschungsaktivitäten in den letzten Jahrzehnten ist die klinische Wirksamkeit des derzeit verfügbaren Therapiestandards in Bereichen der Chirurgie, Radiochemotherapie und Tumor Treating Fields (TTFields)-Technologie noch begrenzt. Die mittlere Überlebensrate in unselektierten Kollektiven beträgt nur etwa ein Jahr. Folglich besteht ein dringender Bedarf an der Erforschung weiterer therapeutischer Optionen. Der aktuelle Therapiestandard umfasst eine Operation mit anschließender Strahlentherapie in Kombination mit dem alkylierenden Chemotherapeutikum Temozolomid. Das Auftreten eines Tumorrezidivs ist auch bei erfolgreicher Erstlinientherapie unausweichlich, und in der Rezidivsituation gibt es derzeit noch keine definierte Standardtherapie. Nur bei 20-30% der Patienten ist eine Rezidivresektion möglich. Neben der Möglichkeit einer Rezidivbestrahlung kann eine erneute Chemotherapie mit Temozolomid, CCNU (Lomustin) oder Regorafenib durchgeführt werden. In den letzten Jahren stand insbesondere die Entwicklung von Immuntherapien für das Glioblastom im Mittelpunkt intensiver präklinischer und klinischer Bemühungen. Geringe Mutationsraten und eine stark immunsuppressive Tumormikroumgebung führen jedoch dazu, dass das Glioblastom als immunologisch „kalter“ Tumor angesehen wird. Erfolgreich etablierte Strategien bei mutagen-induzierten Tumoren mit Antikörpern gegen die Immuncheckpoints PD-1, PD-L1 oder CTLA-A4 sind daher beim Glioblastom gescheitert. Zelluläre Immuntherapien auf Basis der chimären Antigenrezeptor (CAR)-Technologie haben sich als alternative, wirksame Option zur Bekämpfung immunologisch „kalter“ Tumore herausgestellt. Es wurden mehrere CAR-T Zellprodukte entwickelt, welche gegen Gliom-Antigene gerichtet sind und einige Hinweise auf klinische Aktivität mit sich brachten. Natürliche Killer (NK)-Zellen als Träger von CAR-Konstrukten haben gegenüber T-Zellen eine Reihe von Vorteilen, darunter ein viel geringeres Risiko für Neurotoxizität und eine effizientere Interaktion mit Immunzellen in der Mikroumgebung. Basierend auf der humanen NK-Zelllinie NK-92 wurde eine Zelltherapie entwickelt, die sich als gebrauchsfertiges Therapeutikum eignet. Der Klon NK-92/5.28.z (CAR-NK) exprimiert neben signalverstärkenden CD28- und CD3ζ-Domänen ein CAR basierend auf dem HER2-spezifischen Antikörper FRP5. Ähnlich wie bei mehreren anderen Tumorentitäten findet sich bei Glioblastom-Patienten häufig eine Überexpression des Wachstumsfaktor-Rezeptors HER2. Aufgrund der substanziellen Rolle bei der Regulation von Zellproliferation, Überleben, Differenzierung, Angiogenese und Invasion wird dieser Rezeptor als Onkogen klassifiziert. Die Überexpression von HER2 spielt eine entscheidende Rolle bei der malignen Transformation von Zellen, was insbesondere bei Brustkrebs detailliert charakterisiert wurde. Allerdings konnte eine HER2-Expression auch in bis zu 80% der Glioblastome nachgewiesen werden, was mit einer beeinträchtigten Überlebenswahrscheinlichkeit einhergeht. Unter physiologischen Bedingungen wird HER2 im zentralen Nervensystem von Erwachsenen nicht exprimiert, weshalb es ein vielversprechendes Ziel-Antigen für die Glioblastom-Immuntherapie darstellt. In früheren Projekten konnte bereits gezeigt werden, dass diese CAR-NK Zellen eine hohe und spezifische lytische Aktivität gegenüber HER2+ Glioblastomzellen aufweisen. Wiederholte intratumorale Injektionen von CAR-NK Zellen verlängerten das symptomfreie Überleben in orthotopen Xenotransplantatmodellen der Maus bereits signifikant. Darüber hinaus förderte die CAR-NK Zelltherapie bei immunkompetenten Mäusen mit Tumoren im Frühstadium eine endogene anti-Tumor Immunantwort, welche einerseits zur Tumorbekämpfung und andererseits zu anhaltender anti-Tumor Immunität führte. In Stadien fortgeschrittenen Tumorwachstums ist die Wirksamkeit jedoch begrenzt. In diesem Zusammenhang wurde die Expression des Checkpoint-Moleküls PD-L1 als Reaktion auf die CAR-NK Zelltherapie als Schlüsselmechanismus der Therapieresistenz identifiziert. Die Immuntherapie durch intravenöse Gabe von Checkpoint-Inhibitoren hat bereits die Behandlung verschiedener maligner Erkrankungen wie z.B. des Melanoms oder des Lungenkarzinoms revolutioniert. Der Ansatz der Krebsimmuntherapie verfolgt bisher insbesondere die systemische Gabe von Antikörpern, die gegen Immuncheckpoints wie PD-1, PD-L1 und CTLA-4 gerichtet sind. Im Glioblastom exprimieren sowohl Tumorzellen als auch Mikroglia, die hirneigenen Makrophagen, hauptsächlich PD-L1, was die Aktivierung von CD8+ und CD4+ T-Zellen behindert. Daher ist eine Immuntherapie, welche sich gegen die PD-1/PD-L1-Achse richtet, ein vielversprechender Ansatz für die Behandlung des Glioblastoms. Problematisch ist jedoch die starke Toxizität, die durch die systemische Wirkung der Checkpoint-Inhibitoren verursacht wird, denn die Immunantwort wird nicht nur im Tumorgewebe, sondern auch in gesunden Organen stimuliert. So wurde beispielsweise über schwerwiegende Nebenwirkungen wie Kolitis, Hepatitis, Pankreatitis oder Hypophysitis, unter anderem mit zahlreichen Todesfällen, berichtet. ...