ABSTRACT Combining cytotoxic chemotherapy or novel anticancer drugs with T-cell modulators holds great promise in treating advanced cancers. However, the response varies depending on the tumor immune microenvironment (TIME). Therefore, there is a clear need for pharmacologically tractable models of the TIME to dissect its influence on mono- and combination treatment response at the individual level. Here we establish a Patient-Derived Explant Culture (PDEC) model of breast cancer, which retains the immune contexture of the primary tumor, recapitulating cytokine profiles and CD8+ T cell cytotoxic activity. We explored the immunomodulatory action of a synthetic lethal BCL2 inhibitor venetoclax + metformin drug combination ex vivo , discovering metformin cannot overcome the lymphocyte-depleting action of venetoclax. Instead, metformin promotes dendritic cell maturation through inhibition of mitochondrial complex I, increasing their capacity to co-stimulate CD4+ T cells and thus facilitating anti-tumor immunity. Our results establish PDECs as a feasible model to identify immunomodulatory functions of anticancer drugs in the context of patient-specific TIME.

ABSTRACT Tumor-resident immune cells play a crucial role in eliciting anti-tumor immunity and immunomodulatory drug responses, yet these functions have been difficult to study without tractable models of tumor immune microenvironment (TIME). Patient-derived ex vivo models contain authentic resident immune cells and therefore, could provide new mechanistic insights into how TIME responds to tumor or immune cell-directed therapies. Here, we assessed the reproducibility and robustness of immunomodulatory drug responses across two different ex vivo models of breast cancer TIME and one of renal cell carcinoma. These independently developed TIME models were treated with a panel of clinically relevant immunomodulators, revealing remarkably similar changes in gene expression and cytokine profiles among the three models in response to T cell activation and STING-agonism while still preserving individual patient-specific response patterns. Moreover, we found two common core signatures of adaptive or innate immune responses present across all three models and both types of cancer, potentially serving as a benchmark for drug-induced immune activation in ex vivo models of TIME. The robust reproducibility of immunomodulatory drug responses observed across diverse ex vivo models of TIME underscores the significance of human patient-derived models in elucidating the complexities of antitumor immunity and therapeutic interventions.