Mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) are an attractive platform for cell therapy due to their safety profile and unique ability to secrete broad arrays of immunomodulatory and regenerative molecules. Yet, MSCs are well known to require preconditioning or priming to boost their therapeutic efficacy. Current priming methods offer limited control over MSC activation, yield transient effects, and often induce the expression of pro-inflammatory effectors that can potentiate immunogenicity. Here, we describe a genetic priming method that can both selectively and sustainably boost MSC potency via the controlled expression of the inflammatory-stimulus-responsive transcription factor interferon response factor 1 (IRF1). MSCs engineered to hyper-express IRF1 recapitulate many core responses that are accessed by biochemical priming using the proinflammatory cytokine interferon-γ (IFN-γ). This includes the upregulation of anti-inflammatory effector molecules and the potentiation of MSC capacities to suppress T cell activation. However, we show that IRF1-mediated genetic priming is much more persistent than biochemical priming and can circumvent IFN-γ-dependent expression of immunogenic MHC class II molecules. Together, the ability to sustainably activate and selectively tailor MSC priming responses creates the possibility of programming MSC activation more comprehensively for therapeutic applications.

Mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) are an attractive platform for cell therapy due to their safety profile and unique ability to secrete broad arrays of immunomodulatory and regenerative molecules. Yet, MSCs are well known to require preconditioning or priming to boost their therapeutic efficacy. Current priming methods offer limited control over MSC activation, yield transient effects, and often induce expression of pro-inflammatory effectors that can potentiate immunogenicity. Here, we describe a 'genetic priming' method that can both selectively and sustainably boost MSC potency via the controlled expression of the inflammatory-stimulus-responsive transcription factor IRF1 (interferon response factor 1). MSCs engineered to hyper-express IRF1 recapitulate many core responses that are accessed by biochemical priming using the proinflammatory cytokine interferon-γ (IFNγ). This includes the upregulation of anti-inflammatory effector molecules and the potentiation of MSC capacities to suppress T cell activation. However, we show that IRF1-mediated genetic priming is much more persistent than biochemical priming and can circumvent IFNγ-dependent expression of immunogenic MHC class II molecules. Together, the ability to sustainably activate and selectively tailor MSC priming responses creates the possibility of programming MSC activation more comprehensively for therapeutic applications.

Abstract Background The Bacillus Calmette-Guérin (BCG) vaccine induces trained immunity, an epigenetic-mediated increase in innate immune responsiveness. Therefore, this clinical trial evaluated if BCG-induced trained immunity could decrease COVID-19-related frequency or severity. Methods A double-blind, placebo-controlled clinical trial of healthcare workers randomized participants to vaccination with BCG TICE® or placebo (saline). Enrollment included 529 healthcare workers randomized to receive BCG or placebo. Primary analysis evaluated COVID-19 disease frequency, while secondary analysis evaluated coronavirus immunity in a subset of participants. Study enrollment ceased early in December 2020 following introduction of COVID-19-specific vaccines. Results Study enrollment was halted early, prior to reaching the targeted recruitment and was not powered to detect a decrease in COVID-19 frequency. Symptomatic COVID-19 occurred in 21 of 263 and 10 of 266 participants in the BCG and placebo arms, respectively (p= 0.50, Fisher’s exact test). Participants vaccinated with BCG, but uninfected with COVID-19, demonstrated increased coronavirus vaccine immunity (increase spike-inducible levels of TNF, IL6, and IL-1β) twelve months after BCG vaccination compared to participants receiving placebo. Immune responsiveness to COVID-19 antigens correlated with BCG-induced DNA methylation changes. Conclusion Due to early study closure, the study was not powered to evaluate COVID-19 frequency. Secondary analysis demonstrated that twelve months following vaccination, BCG increased coronavirus vaccine immunity compared to those who did not receive BCG. This increase in COVID-19 vaccine immunity correlated with BCG-induced DNA methylation changes.