Autologous T cells genetically modified to express a chimeric antibody receptor (CAR) against carboxy-anhydrase-IX (CAIX) were administered to 12 patients with CAIX-expressing metastatic renal cell carcinoma (RCC). Patients were treated in three cohorts with a maximum of 10 infusions of a total of 0.2 to 2.1 × 10⁹ CAR T cells. CTC grade 2–4 liver enzyme disturbances occurred at the lowest CAR T cell doses, necessitating cessation of treatment in four out of eight patients in cohorts 1 and 2. Examination of liver biopsies revealed CAIX expression on bile duct epithelium with infiltration of T cells, including CAR T cells. Subsequently four patients were pre-treated with CAIX monoclonal antibody (mAb) G250 to prevent CAR-specific toxicity and showed no liver toxicities and indications for enhanced peripheral T cell persistence. No clinical responses were recorded. This report shows that CAIX-targeting CAR T cells exerted antigen-specific effects in vivo and induced liver toxicity at the lowest dose of 0.2 × 10⁹ T cells applied, illustrating the potency of receptor-modified T cells. We provide in-patient proof that the observed "on-target" toxicity is antigen-directed and can be prevented by blocking antigenic sites in off-tumor organs and allowing higher T cell doses.

Following a replicated genome-wide association study for basal cell carcinoma, Thorunn Rafnar and Patrick Sulem and colleagues have identified a locus associated with multiple cancers that contains the telomerase reverse transcriptase gene TERT and the CLPTM1L gene implicated in cisplatin-induced apoptosis. The common sequence variants that have recently been associated with cancer risk are particular to a single cancer type or at most two. Following up on our genome-wide scan of basal cell carcinoma1, we found that rs401681[C] on chromosome 5p15.33 satisfied our threshold for genome-wide significance (OR = 1.25, P = 3.7 × 10−12). We tested rs401681 for association with 16 additional cancer types in over 30,000 cancer cases and 45,000 controls and found association with lung cancer (OR = 1.15, P = 7.2 × 10−8) and urinary bladder, prostate and cervix cancer (ORs = 1.07−1.31, all P < 4 × 10−4). However, rs401681[C] seems to confer protection against cutaneous melanoma (OR = 0.88, P = 8.0 × 10−4). Notably, most of these cancer types have a strong environmental component to their risk. Investigation of the region led us to rs2736098[A], which showed stronger association with some cancer types. However, neither variant could fully account for the association of the other. rs2736098 corresponds to A305A in the telomerase reverse transcriptase (TERT) protein and rs401681 is in an intron of the CLPTM1L gene.

Abstract Adoptive transfer of immune effector cells that are gene modified by retroviral transduction to express tumor-specific receptors constitutes an attractive approach to treat cancer. In patients with metastatic renal cell carcinoma, we performed a study with autologous T cells genetically retargeted with a chimeric antibody receptor (CAR) directed toward carbonic anhydrase IX (CAIX), an antigen highly expressed in renal cell carcinoma. In the majority of patients, we observed distinct humoral and/or cellular anti–CAIX-CAR T-cell immune responses in combination with a limited peripheral persistence of transferred CAIX-CAR T cells in the majority of patients. Humoral immune responses were anti-idiotypic in nature and neutralized CAIX-CAR–mediated T-cell function. Cellular anti–CAIX-CAR immune responses were directed to the complementarity-determining and framework regions of the CAR variable domains. In addition, 2 patients developed immunity directed against presumed retroviral vector epitopes. Here, we document the novel feature that therapeutic cells, which were ex vivo engineered by means of transduction with a minimal γ-retroviral vector, do express immunogenic vector-encoded epitopes, which might compromise persistence of these cells. These observations may constitute a critical concern for clinical ex vivo γ-retroviral gene transduction in general and CAR-retargeted T-cell therapy in particular, and underscore the need to attenuate the immunogenicity of both transgene and vector.

Negative costimulation on T cells is exploited by both prostate cancer and melanoma to evade antitumor immunity. Blocking such mechanisms restores antitumor immunity as was demonstrated by the improved survival of patients with metastatic melanoma after treatment with an antibody blocking the CTLA-4 inhibitory receptor (ipilimumab). Enhanced expression of another inhibitory immunoreceptor, programmed death-1 (PD-1), and its ligand, PD-L1, was found to correlate with a poor prognosis in prostate cancer and melanoma. PD-1-blocking antibodies are being developed to modulate antitumor immune responses. To support preclinical and clinical development of anti-PD-1 therapy, we sought to develop biomarker assays that can detect the effect of PD-1-blocking agents in whole blood and peripheral blood mononuclear cells. In this study, we assessed the effect of PD-1 blockade in modulating super antigen (staphylococcus enterotoxin B)-induced and recall antigen (tetanus toxoid)-induced T-cell reactivity in vitro using whole blood and peripheral blood mononuclear cells from patients with advanced melanoma, prostate cancer, and healthy controls. PD-1 blockade was found to shift antigen-induced cellular reactivity toward a proinflammatory Th1/Th17 response, as evidenced by enhanced production of interferon γ, interleukin (IL)-2, tumor necrosis factor α, IL-6, and IL-17 and reduced production of the Th2 cytokines IL-5 and IL-13. It is interesting to note that suppression of Th2 responsivity was seen with whole blood cells only from patients with cancer. Taken together, we identified novel biomarker assays that might be used to determine the functional consequences of PD-1 blockade in peripheral blood cells from patients with cancer. How these assays translate to the local antitumor response remains to be established in a clinical setting.

The anti-tuberculosis-vaccine Bacillus Calmette-Guérin (BCG) is the most widely used vaccine in the world. In addition to its effects against tuberculosis, BCG vaccination also induces non-specific beneficial effects against certain forms of malignancy and against infections with unrelated pathogens. It has been recently proposed that the non-specific effects of BCG are mediated through epigenetic reprogramming of monocytes, a process called trained immunity. In the present study we demonstrate that autophagy contributes to trained immunity induced by BCG. Pharmacologic inhibition of autophagy blocked trained immunity induced in vitro by stimuli such as β-glucans or BCG. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the autophagy genes ATG2B (rs3759601) and ATG5 (rs2245214) influenced both the in vitro and in vivo training effect of BCG upon restimulation with unrelated bacterial or fungal stimuli. Furthermore, pharmacologic or genetic inhibition of autophagy blocked epigenetic reprogramming of monocytes at the level of H3K4 trimethylation. Finally, we demonstrate that rs3759601 in ATG2B correlates with progression and recurrence of bladder cancer after BCG intravesical instillation therapy. These findings identify a key role of autophagy for the nonspecific protective effects of BCG.

Abstract Bacillus Calmette-Guérin (BCG) is recommended as intravesical immunotherapy to reduce the risk of tumor recurrence in patients with non-muscle invasive bladder cancer (NMIBC). Currently, it is unknown whether intravesical BCG application induces trained immunity. Here, we found that intravesical BCG does induce trained immunity based on an increased production of TNF and IL-1β after heterologous ex-vivo stimulation of circulating monocytes 6- 12 weeks after intravesical BCG treatment; and a 37% decreased risk (OR 0.63 (95% CI 0.40- 1.01)) for respiratory infections in BCG-treated versus non-BCG-treated NMIBC patients. An epigenomics approach combining ChIP-sequencing and RNA-sequencing with in-vitro trained immunity experiments identified enhanced inflammasome activity in BCG-treated individuals. Finally, germline variation in genes that affect trained immunity was associated with recurrence and progression after BCG therapy in NMIBC, suggesting a link between trained immunity and oncological outcome.

Abstract Cell-matrix interactions form a crucial parameter for the design of a synthetic extracellular matrix (ECM), as they ultimately dictate cell fate and functions. Universally, synthetic biomaterials are conjugated with a linear or cyclic Arg-Gly-Asp (RGD) peptide to establish a direct link of the ECM with the cell. These peptides, however, present low binding affinities and lack selectivity towards integrin subtypes presented on the cell membrane. Here, a highly biomimetic synthetic ECM based on polyisocyanides (PIC) that has been decorated with bicyclic peptides that show a high affinity towards specific integrin subtypes is presented. 3D cell studies show that human adipose-derived stem cells (hASCs) in matrices carrying the optimized bicyclic α 5 β 1 -integrin binder, spread within 24 hours, which is much faster than in other PIC gels, including the default RGD-decorated gel, but also much faster than in the positive Matrigel control. YAP/TAZ staining shows that the rapid morphological change in the 3D microenvironments is YAP independent. The data highlights that the design of synthetic matrices with appropriate, optimized guiding signals is key to guide cells towards a predetermined outcome.

Abstract The interactions between cells and their direct environment are crucial for cell fate but biochemically and mechanically highly complex, and therefore, poorly understood. Despite recent advances that exposed the impact of a range of different factors, real progress remains challenging, since appropriate controllable matrices and quantitative analysis techniques that cover a range of time and length scales are unavailable. Here, we use a synthetic fibrous hydrogel with nonlinear mechanics to mimic and tailor the bi-directional cell-matrix interactions. Using advanced microscopy-based approaches, we acquire a comprehensive picture of how cellular traction forces, fiber remodeling, matrix stiffening, matrix properties and cellular behavior interact, highlighting for instance, the importance of a fibrous architecture and nonlinear mechanics of the matrix. Complete mapping of cell-matrix interactions at the cellular length scale provides indispensable information for the rational design of biomimetic materials to recreate realistic in vitro cell environments.

ABSTRACT Background Immune checkpoint inhibitors (ICI) are routinely used in advanced clear cell renal cell carcinoma (ccRCC). However, a substantial group of patients does not respond to ICI therapy. Radiation is a promising approach to increase ICI response rates since it can generate anti-tumor immunity. Targeted radionuclide therapy (TRT) is a systemic radiation treatment, ideally suited for precision irradiation of metastasized cancer. Therefore, the aim of this study is to explore the potential of combined TRT, targeting carbonic anhydrase IX (CAIX) which is overexpressed in ccRCC, using [ 177 Lu]Lu-DOTA-hG250, and ICI for the treatment of ccRCC. Methods In this study, we evaluated the therapeutic and immunological action of [ 177 Lu]Lu-DOTA-hG250 combined with aPD-1/a-CTLA-4 ICI. First, the biodistribution of [ 177 Lu]Lu-DOTA-hG250 was investigated in BALB/cAnNRj mice bearing Renca-CAIX or CT26-CAIX tumors. Renca-CAIX and CT26-CAIX tumors are characterized by poor versus extensive T-cell infiltration and homogeneous versus heterogeneous PD-L1 expression, respectively. Tumor-absorbed radiation doses were estimated through dosimetry. Subsequently, [ 177 Lu]Lu-DOTA-hG250 TRT efficacy with and without ICI was evaluated by monitoring tumor growth and survival. Therapy-induced changes in the tumor microenvironment were studied by collection of tumor tissue before and 5 or 8 days after treatment and analyzed by immunohistochemistry, flow cytometry, and RNA profiling. Results Biodistribution studies showed high tumor uptake of [ 177 Lu]Lu-DOTA-hG250 in both tumor models. Dose escalation therapy studies in Renca-CAIX tumor-bearing mice demonstrated dose-dependent anti-tumor efficacy of [ 177 Lu]Lu-DOTA-hG250 and remarkable therapeutic synergy including complete remissions when a presumed subtherapeutic TRT dose (4 MBq, which had no significant efficacy as monotherapy) was combined with aPD-1+aCTLA-4. Similar results were obtained in the CT26-CAIX model for 4 MBq [ 177 Lu]Lu-DOTA-hG250 + a-PD1. Ex vivo analyses of treated tumors revealed DNA damage, T-cell infiltration, and modulated immune signaling pathways in the TME after combination treatment. Conclusions Subtherapeutic [ 177 Lu]Lu-DOTA-hG250 combined with ICI showed superior therapeutic outcome and significantly altered the TME. Our results underline the importance of investigating this combination treatment for patients with advanced ccRCC in a clinical setting. Further investigations should focus on how the combination therapy should be optimally applied in the future. Abstract Figure