Abstract Both innate and adaptive immunity are the important components of the human defense system against various diseases including cancer. Human Beta Defensin (hBD-1) is one such immunomodulatory peptide which is lost at high frequencies in malignant cancers, while high levels of expression are maintained in benign regions making it a potential biomarker for the onset and metastasis of the disease. Loss of putative function of hBD-1 as a tumor suppressor gene combined with the defects in apoptosis pathways (CD95, ASK1) make tumor cells insensitive to chemotherapy and render it ineffective. Triple negative breast cancer (TNBC) is an aggressive form of breast cancer for which no targeted therapy works due to lack of biomarkers (ER, PR and HER2 negative). That makes chemotherapy as a first line of treatment despite high side effects. TNBC is known for avoiding immunosurveillance and desensitizing themselves to intervention by dysregulating cell death pathways (CD95 & ASK1) and developing resistance to chemotherapy A priori Activation of Apoptosis Pathways of Tumor often referred to as AAAPT is a novel targeted tumor sensitizing technology which sensitizes low responsive and resistant tumor cells to evoke a better response from the current treatments for TNBC. Here, we show that hBD-1 is shown to target tumor specific biomarker Trx, activates dual cell death pathways CD95 and ASK1 (apoptosis stimulating kinase) to sensitize TNBC cells to chemotherapy drug Doxorubicin. As far as we know, this is the first-time injection of hBD-1 in TNBC mouse model to prove the restoration of hBD-1 back to the basal level can sensitize cancer cells which resulted in significant reduction of tumor volume in TNBC mouse model‘ in vivo. Sensitizing the low or non-responsive tumor cells by AAAPT and making chemotherapy work at lower doses may lead to the significant reduction of dose related side effects and may expand the therapeutic index of the current treatments.

Cancer cells develop tactics to circumvent the interventions by desensitizing themselves to interventions. The principle routes of desensitization include a) activation of survival pathways (e.g. NF-kB, PARP) and b) downregulation of cell death pathways (e.g. CD95/CD95L) making the current treatments ineffective. Methods are needed to sensitize the low and non-responsive resistant tumor cells to evoke a better response from the current treatments. Here, we report several novel tumor targeted sensitizers derived from the natural Vitamin E analogue (AMP-001-003).

Cancer cells develop tactics to circumvent the interventions by desensitizing themselves to interventions. The principle routes of desensitization include a) activation of survival pathways (e.g. NF-kB, PARP) and b) downregulation of cell death pathways (e.g. CD95/CD95L). As a result, it requires high therapeutic dose to achieve tumor regression which, in turn damages normal cells through the collateral damaging effects. Methods are needed to sensitize the low and non-responsive resistant tumor cells including cancer stem cells (CSCs) in order to evoke a better response from the current treatments. Current treatments including chemotherapy can induce cell death only in bulk cancer cells sparing CSCs and cancer resistant cells (CRCs) which are shown to be responsible for high recurrence of disease and low patient survival. Here, we report several novel tumor targeted sensitizers derived from the natural Vitamin E analogue (AMP-001-003). The drug design is based on a novel concept “A priori activation of apoptosis pathways of tumor technology (AAAPT) which is designed to activate specific cell death pathways and inhibit survival pathways simultaneously. Our results indicate that AMP-001-003 sensitize various types of cancer cells including MDA-MB-231 (triple negative breast cancer), PC3 (prostate cancer) and A543 (ling cancer) cells resulting in reducing the IC-50 of doxorubicin in vitro. At higher dose, AMP-001 acts as an anti-tumor agent on its own. The synergy between AMP-001 and doxorubicin could pave a new pathway to use AMP-001 as a neoadjuvant to chemotherapy to achieve a better efficacy and reduced off-target toxicity by the current treatments.

Abstract In the rapidly advancing field of synthetic biology, there is a critical need for technology to discover targeting moieties for therapeutic biologics. We developed INSPIRE-seq, an approach that utilizes a nanobody library and next-generation sequencing to identify nanobodies selected for complex environments. INSPIRE-seq enables the parallel enrichment of immune cell-binding nanobodies that penetrate the tumor microenvironment. Clone enrichment and specificity varies across immune cell subtypes in the tumor, lymph node, and spleen. INSPIRE-seq identified a dendritic cell binding clone that binds PHB2. Single-cell RNA sequencing revealed a connection with cDC1s, and immunofluorescence confirmed nanobody-PHB2 colocalization along cell membranes. Structural modeling and docking studies assisted binding predictions and will guide nanobody selection. In this work, we demonstrate that INSPIRE-seq offers an unbiased approach to examine complex microenvironments and assist in the development of nanobodies, which could serve as active drugs, modified to become drugs, or used as targeting moieties.