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.

BACKGROUND AND PURPOSE:

 Recently identified molecular subgroups of medulloblastoma have shown potential for improved risk stratification. We hypothesized that distinct MR imaging features can predict these subgroups. 

MATERIALS AND METHODS:

 All patients with a diagnosis of medulloblastoma at one institution, with both pretherapy MR imaging and surgical tissue, served as the discovery cohort (n = 47). MR imaging features were assessed by 3 blinded neuroradiologists. NanoString-based assay of tumor tissues was conducted to classify the tumors into the 4 established molecular subgroups (wingless, sonic hedgehog, group 3, and group 4). A second pediatric medulloblastoma cohort (n = 52) from an independent institution was used for validation of the MR imaging features predictive of the molecular subtypes. 

RESULTS:

 Logistic regression analysis within the discovery cohort revealed tumor location (P < .001) and enhancement pattern (P = .001) to be significant predictors of medulloblastoma subgroups. Stereospecific computational analyses confirmed that group 3 and 4 tumors predominated within the midline fourth ventricle (100%, P = .007), wingless tumors were localized to the cerebellar peduncle/cerebellopontine angle cistern with a positive predictive value of 100% (95% CI, 30%–100%), and sonic hedgehog tumors arose in the cerebellar hemispheres with a positive predictive value of 100% (95% CI, 59%–100%). Midline group 4 tumors presented with minimal/no enhancement with a positive predictive value of 91% (95% CI, 59%–98%). When we used the MR imaging feature–based regression model, 66% of medulloblastomas were correctly predicted in the discovery cohort, and 65%, in the validation cohort. 

CONCLUSIONS:

 Tumor location and enhancement pattern were predictive of molecular subgroups of pediatric medulloblastoma and may potentially serve as a surrogate for genomic testing.

We report a comprehensive proteogenomics analysis, including whole-genome sequencing, RNA sequencing, and proteomics and phosphoproteomics profiling, of 218 tumors across 7 histological types of childhood brain cancer: low-grade glioma (n = 93), ependymoma (32), high-grade glioma (25), medulloblastoma (22), ganglioglioma (18), craniopharyngioma (16), and atypical teratoid rhabdoid tumor (12). Proteomics data identify common biological themes that span histological boundaries, suggesting that treatments used for one histological type may be applied effectively to other tumors sharing similar proteomics features. Immune landscape characterization reveals diverse tumor microenvironments across and within diagnoses. Proteomics data further reveal functional effects of somatic mutations and copy number variations (CNVs) not evident in transcriptomics data. Kinase-substrate association and co-expression network analysis identify important biological mechanisms of tumorigenesis. This is the first large-scale proteogenomics analysis across traditional histological boundaries to uncover foundational pediatric brain tumor biology and inform rational treatment selection.

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 The role of permanent cerebrospinal fluid (CSF) diversion in the management of patients with diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG) is poorly elucidated. There are no standard practice guidelines regarding the role of these neurosurgical interventions in patients with DIPG or large studies regarding the impact of CSF diversion on overall survival (OS) or palliation in this disease. METHODS Data were extracted from subjects registered in the International DIPG registry (IDIPGR). Univariable analyses were performed using the Fisher’s exact test or Wilcoxon rank sum test. Survival was estimated using the Kaplan-Meier method. RESULTS Of n=1104 evaluable patients with DIPG registered in the IDIPGR, n=303 (27.4%) had permanent CSF diversion. Median time from diagnosis to CSF diversion was 1 month (range 0-4 months). There were no significant differences in age, gender or race in subjects with CSF diversion versus no CSF diversion. Patients with CSF diversion had a higher incidence of hydrocephalus at diagnosis (64.1% vs 11.3%, p&lt;0.001). There was no significant difference in OS or post-progression survival (PPS) at 1,2 and 3 years between subjects with permanent CSF diversion compared to those without (p=0.5 and p=0.8, respectively). Median OS was 11 months in both. Median PPS was 7 months (no CSF diversion) and 6 months (CSF diversion). Patients reported less headache and vomiting after permanent CSF diversion compared to pre-diversion (p&lt;0.0001), however steroid use was also significantly higher after CSF diversion (p&lt;0.001). CONCLUSIONS In this, the largest reported international cohort of patients with DIPG with permanent CSF diversion, we show that permanent CSF diversion was not associated with an improvement in OS or PPS. CSF diversion improved headache and vomiting but was also associated with increased rates of steroid use. This highlights the need for consensus guidelines regarding the use of these diversion strategies in patients with DIPG.

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.

Orbital disorders in children consist of varied pathologies affecting the orbits, orbital contents, visual pathway, and innervation of the extraocular or intraocular muscles. The underlying etiology of these disorders may be traumatic or nontraumatic. Presumed location of the lesion along with the additional findings, such as eye pain, swelling, exophthalmos/enophthalmos, erythema, conjunctival vascular dilatation, intraocular pressure, etc, help in determining if imaging is needed, modality of choice, and extent of coverage (orbits and/or head). Occasionally, clinical signs and symptoms may be nonspecific, and, in these cases, diagnostic imaging studies play a key role in depicting the nature and extent of the injury or disease. In this document, various clinical scenarios are discussed by which a child may present with an orbital or vision abnormality. Imaging studies that might be most appropriate (based on the best available evidence or expert consensus) in these clinical scenarios are also discussed. The American College of Radiology Appropriateness Criteria are evidence-based guidelines for specific clinical conditions that are reviewed annually by a multidisciplinary expert panel. The guideline development and revision process support the systematic analysis of the medical literature from peer reviewed journals. Established methodology principles such as Grading of Recommendations Assessment, Development, and Evaluation or GRADE are adapted to evaluate the evidence. The RAND/UCLA Appropriateness Method User Manual provides the methodology to determine the appropriateness of imaging and treatment procedures for specific clinical scenarios. In those instances where peer reviewed literature is lacking or equivocal, experts may be the primary evidentiary source available to formulate a recommendation.

Abstract Pediatric brain tumors are the leading cause of cancer-related death in children in the United States and contribute a disproportionate number of potential years of life lost compared to adult cancers. Moreover, survivors frequently suffer long-term side effects, including secondary cancers. The Children’s Brain Tumor Network (CBTN) is a multi-institutional international clinical research consortium created to advance therapeutic development through the collection and rapid distribution of biospecimens and data via open-science research platforms for real-time access and use by the global research community. The CBTN’s 32 member institutions utilize a shared regulatory governance architecture at the Children’s Hospital of Philadelphia to accelerate and maximize the use of biospecimens and data. As of August 2022, CBTN has enrolled over 4,700 subjects, over 1,500 parents, and collected over 65,000 biospecimen aliquots for research. Additionally, over 80 preclinical models have been developed from collected tumors. Multi-omic data for over 1,000 tumors and germline material is currently available with data generation for > 5,000 samples underway. To our knowledge, CBTN provides the largest open-access pediatric brain tumor multi-omic dataset annotated with longitudinal clinical and outcome data, imaging, associated biospecimens, child-parent genomic pedigrees, and in vivo and in vitro preclinical models. Empowered by NIH-supported platforms such as the Kids First Data Resource and the Childhood Cancer Data Initiative, the CBTN continues to expand the resources needed for scientists to accelerate translational impact for improved outcomes and quality of life for children with brain and spinal cord tumors.