Antigen-specific regulatory T cells (Tregs) engineered with chimeric antigen receptor (CARs) are a potent immunosuppressive cellular therapy in multiple disease models. To date the majority of CAR Treg studies employed second generation CARs, encoding a CD28 or 4-1BB co-receptor signaling domain and CD3zeta, but it was not known if this CAR design was optimal for Tregs. Using an HLA-A2-specific CAR platform and human Tregs, we compared ten CARs with different co-receptor signaling domains and systematically tested their function. Tregs expressing a CAR encoding wild-type CD28 were markedly superior to all other CARs tested in an in vivo model of graft-versus-host disease. In vitro assays revealed stable expression of Helios and ability to suppress CD80 expression on DCs as key in vitro predictors of in vivo function. This comprehensive study of CAR signaling-domain variants in Tregs can be leveraged to optimize CAR design for use in antigen-specific Treg therapy.

Type 1 diabetes (T1D) is an autoimmune disease characterised by T cell mediated destruction of pancreatic beta-cells. Islet transplantation is an effective therapy, but its success is limited by islet quality and availability along with the need for immunosuppression. New approaches include use of stem cell-derived insulin-producing cells and immunomodulatory therapies, but a limitation is the paucity of reproducible animal models in which interactions between human immune cells and insulin-producing cells can be studied without the complication of xenogeneic graft- versus -host disease (xGVHD).We expressed an HLA-A2-specific chimeric antigen receptor (A2-CAR) in human CD4+ and CD8+ T cells and tested their ability to reject HLA-A2+ islets transplanted under the kidney capsule or anterior chamber of the eye of immunodeficient mice. T cell engraftment, islet function and xGVHD were assessed longitudinally.The speed and consistency of A2-CAR T cells-mediated islet rejection varied depending on the number of A2-CAR T cells and the absence/presence of co-injected peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). When <3 million A2-CAR T cells were injected, co-injection of PBMCs accelerated islet rejection but also induced xGVHD. In the absence of PBMCs, injection of 3 million A2-CAR T cells caused synchronous rejection of A2+ human islets within 1 week and without xGVHD for 12 weeks.Injection of A2-CAR T cells can be used to study rejection of human insulin-producing cells without the complication of xGVHD. The rapidity and synchrony of rejection will facilitate in vivo screening of new therapies designed to improve the success of isletreplacement therapies.