Abstract Objective To report the clinical features of anti–N‐methyl‐D‐aspartate receptor (NMDAR) encephalitis in patients ≤ 18 years old. Methods Information was obtained by the authors or referring physicians. Antibodies were determined by immunocytochemistry and enzyme‐linked immunosorbent assay (ELISA) using HEK293 cells ectopically expressing NR1. Results Over an 8‐month period, 81 patients (12 male) with anti‐NMDAR encephalitis were identified. Thirty‐two (40%) were ≤18 years old (youngest 23 months, median 14 years); 6 were male. The frequency of ovarian teratomas was 56% in women >18 years old, 31% in girls ≤18 years old ( p = 0.05), and 9% in girls ≤14 years old ( p = 0.008). None of the male patients had tumors. Of 32 patients ≤18 years old, 87.5% presented with behavioral or personality change, sometimes associated with seizures and frequent sleep dysfunction; 9.5% with dyskinesias or dystonia; and 3% with speech reduction. On admission, 53% had severe speech deficits. Eventually, 77% developed seizures, 84% stereotyped movements, 86% autonomic instability, and 23% hypoventilation. Responses to immunotherapy were slow and variable. Overall, 74% had full or substantial recovery after immunotherapy or tumor removal. Neurological relapses occurred in 25%. At the last follow‐up, full recovery occurred more frequently in patients who had a teratoma that was removed (5/8) than in those without a teratoma (4/23; p = 0.03). Interpretation Anti‐NMDAR encephalitis is increasingly recognized in children, comprising 40% of all cases. Younger patients are less likely to have tumors. Behavioral and speech problems, seizures, and abnormal movements are common early symptoms. The phenotype resembles that of the adults, although dysautonomia and hypoventilation are less frequent or severe in children. Ann Neurol 2009;66:11–18

Diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG) and other H3K27M-mutated diffuse midline gliomas (DMGs) are universally lethal paediatric tumours of the central nervous system1. We have previously shown that the disialoganglioside GD2 is highly expressed on H3K27M-mutated glioma cells and have demonstrated promising preclinical efficacy of GD2-directed chimeric antigen receptor (CAR) T cells2, providing the rationale for a first-in-human phase I clinical trial (NCT04196413). Because CAR T cell-induced brainstem inflammation can result in obstructive hydrocephalus, increased intracranial pressure and dangerous tissue shifts, neurocritical care precautions were incorporated. Here we present the clinical experience from the first four patients with H3K27M-mutated DIPG or spinal cord DMG treated with GD2-CAR T cells at dose level 1 (1 × 106 GD2-CAR T cells per kg administered intravenously). Patients who exhibited clinical benefit were eligible for subsequent GD2-CAR T cell infusions administered intracerebroventricularly3. Toxicity was largely related to the location of the tumour and was reversible with intensive supportive care. On-target, off-tumour toxicity was not observed. Three of four patients exhibited clinical and radiographic improvement. Pro-inflammatory cytokine levels were increased in the plasma and cerebrospinal fluid. Transcriptomic analyses of 65,598 single cells from CAR T cell products and cerebrospinal fluid elucidate heterogeneity in response between participants and administration routes. These early results underscore the promise of this therapeutic approach for patients with H3K27M-mutated DIPG or spinal cord DMG. A phase I dose-escalation trial of GD2-CAR T cells in children and young adults with diffuse midline gliomas to assess the feasibility of manufacturing, safety and tolerability, and to preliminarily assess efficacy.

Abstract Pediatric high-grade gliomas are the leading cause of brain cancer-related death in children. High-grade gliomas include clinically and molecularly distinct subtypes that stratify by anatomical location into diffuse midline gliomas (DMG) such as diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG) and hemispheric high-grade gliomas. Neuronal activity drives high-grade glioma progression both through paracrine signaling 1,2 and direct neuron-to-glioma synapses 3–5 . Glutamatergic, AMPA receptor-dependent synapses between neurons and malignant glioma cells have been demonstrated in both pediatric 3 and adult high-grade gliomas 4 , but neuron-to-glioma synapses mediated by other neurotransmitters remain largely unexplored. Using whole-cell patch clamp electrophysiology, in vivo optogenetics and patient-derived glioma xenograft models, we have now identified functional, tumor-promoting GABAergic neuron-to-glioma synapses mediated by GABA A receptors in DMGs. GABAergic input has a depolarizing effect on DMG cells due to NKCC1 expression and consequently elevated intracellular chloride concentration in DMG tumor cells. As membrane depolarization increases glioma proliferation 3 , we find that the activity of GABAergic interneurons promotes DMG proliferation in vivo . Increasing GABA signaling with the benzodiazepine lorazepam – a positive allosteric modulator of GABA A receptors commonly administered to children with DMG for nausea or anxiety - increases GABA A receptor conductance and increases glioma proliferation in orthotopic xenograft models of DMG. Conversely, levetiracetam, an anti-epileptic drug that attenuates GABAergic neuron-to-glioma synaptic currents, reduces glioma proliferation in patient-derived DMG xenografts and extends survival of mice bearing DMG xenografts. Concordant with gene expression patterns of GABA A receptor subunit genes across subtypes of glioma, depolarizing GABAergic currents were not found in hemispheric high-grade gliomas. Accordingly, neither lorazepam nor levetiracetam influenced the growth rate of hemispheric high-grade glioma patient-derived xenograft models. Retrospective real-world clinical data are consistent with these conclusions and should be replicated in future prospective clinical studies. Taken together, these findings uncover GABAergic synaptic communication between GABAergic interneurons and diffuse midline glioma cells, underscoring a tumor subtype-specific mechanism of brain cancer neurophysiology with important potential implications for commonly used drugs in this disease context.

Abstract BACKGROUND Immunotherapies are increasingly being explored as potential therapeutic modalities for the treatment of central nervous system (CNS) tumors and have unique toxicity profiles. Toxicity syndromes such as cytokine release syndrome (CRS) and immune effector-cell associated neurotoxicity (ICANS) were identified through experiences with chimeric antigen receptor (CAR) T-cell therapies for B cell malignancies; the creation of grading scales for these toxicities standardized the reporting and enabled management. METHODS From our collective experiences in treating patients with immunotherapies for CNS tumors, we have identified a localized neurotoxicity syndrome, distinct from the systemic toxicities of CRS and ICANS, termed tumor inflammation-associated neurotoxicity (TIAN). RESULTS TIAN develops secondary to localized inflammation at the tumor site. From a mechanistic perspective, we identified two types of TIAN: 1) type 1 TIAN arises in the setting of mechanical space constraints when peritumoral edema results in tissue shifts and increased intracranial pressure, which if untreated, can lead to a life-threatening herniation syndrome and 2) type 2 TIAN occurs when local neuronal dysfunction causes transient worsening/new neurological deficits. Whereas type 1 TIAN encompasses the concept of “pseudoprogression,” type 2 TIAN can occur in the absence of edema when neural-immune interactions disrupt local neural function. Patients can have both type 1 and type 2 TIAN simultaneously; understanding the type of TIAN can inform management. To facilitate the uniform reporting and management of TIAN, we created a TIAN grading scale that applies to both types of TIAN. Although, type 1 TIAN is generally associated with higher-grade toxicity, high-grade type 2 TIAN can occur when local inflammation compromises respiratory or autonomic functions. CONCLUSIONS Recognizing TIAN as a distinct, local neurotoxicity syndrome is critical to guiding clinical management and prognostication when treating patients with CNS tumors with immunotherapies.

Abstract BACKGROUND H3K27M-altered diffuse midline gliomas (DMG) have poor outcomes with limited biomarkers to predict overall survival. Stratification based on chromosomal and molecular rearrangements represents a strategy to improve outcomes. METHODS We performed a retrospective analysis of 31 pediatric patients with biopsy-proven H3K27M-mutant DMG, who have undergone molecular next generation sequencing to define cytogenetics alterations that negatively impact overall survival. Median age at diagnosis in this cohort: 9.8 years (range 2.2-24.9 years). Among the cohort, 19 had H3F3A mutations confirmed by NGS, two had confirmed HIST1H3B mutations. Patients with intracranial masses received a standard fractionated radiation course with 54Gy or 59.4Gy XRT. RESULTS Pairwise comparisons demonstrate chromosomal losses and deletions are associated with poor overall survival (p=0.025, difference in Overall Survival [OS]: -19.9 months, 95%CI: -37.16 to -2.730) when compared to patients in the cohort without chromosomal deletions. Further subgroup analysis demonstrate worse outcomes in patients with deletions in chromosome 12 (p=0.003, difference in OS: -21.2 months, 95%CI: -34.74 to -7.702), deletions in chromosome 14 (p=0.007, difference in OS: -19.8 months, 95%CI: -33.72 to -5.892), or amplifications in chromosome 1 (p=0.003, difference in OS: -23.1 months, 95%CI: -37.53 to -8.613) relative to those without corresponding mutations. These data suggest that chromosomal alterations may serve as a potential biomarker to risk stratify patients. Likewise, genes within these deleted or amplified chromosomal segments may represent targets for therapeutic intervention.

Abstract H3K27M-mutated diffuse midline gliomas (DMGs) are universally lethal cancers in children and young adults. Our team previously demonstrated efficacy of GD2-targeting chimeric antigen receptor T cells (GD2-CAR T-cells) in preclinical models of DMG of the pons (also called diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG) and DMG of the spinal cord, and opened a Phase I clinical trial (NCT04196413) treating patients with first intravenous (IV) followed by repeated infusions of intracerebroventricular (ICV) GD2-CAR T-cells. We employed high-dimensional analyses to define immune states contributing to CAR-T activity in patients. Single cell RNA-sequencing (scRNAseq) was conducted on 555,406 single cells from 115 cerebrospinal fluid (CSF) samples of 13 patients before and after CAR-T treatment. This is the largest CSF CAR-T dataset in central nervous system (CNS) tumors and provides insights into the immune biology surrounding CAR-T treatment for CNS malignancies. Patient CSF samples were dominated by T cell and myeloid populations. After CAR-T infusion, patient CSF exhibited an increased fraction of regulatory T cells and myeloid populations from baseline. Myeloid cells in early timepoints after ICV administration demonstrated a unique pro-inflammatory signature, while CSF samples from IV and late ICV timepoints exhibited a suppressive signature. To further explore the immune biology of these myeloid contributors, we developed a patient-derived xenograft model of DMG relapse following low-dose ICV GD2 CAR-T treatment. Using a pharmacological CSF1R-inhibitor, we demonstrate that depletion of microglia/myeloid cells at a specific window following CAR-T administration enhances durability of tumor control. Together, these data display the power of in-depth correlative analyses to identify distinct immune populations that drive durability of response. Key findings from these data will allow for optimization of CAR-T therapies for H3K27M+ DMG patients, providing hope to shift the paradigm of this fatal disease.