T cell immunotherapy is emerging as a powerful strategy to treat cancer and may improve outcomes for patients with glioblastoma (GBM). We have developed a chimeric antigen receptor (CAR) T cell immunotherapy targeting IL-13 receptor α2 (IL13Rα2) for the treatment of GBM. Here, we describe the optimization of IL13Rα2-targeted CAR T cells, including the design of a 4-1BB (CD137) co-stimulatory CAR (IL13BBζ) and a manufacturing platform using enriched central memory T cells. Utilizing orthotopic human GBM models with patient-derived tumor sphere lines in NSG mice, we found that IL13BBζ-CAR T cells improved anti-tumor activity and T cell persistence as compared to first-generation IL13ζ-CAR CD8+ T cells that had shown evidence for bioactivity in patients. Investigating the impact of corticosteroids, given their frequent use in the clinical management of GBM, we demonstrate that low-dose dexamethasone does not diminish CAR T cell anti-tumor activity in vivo. Furthermore, we found that local intracranial delivery of CAR T cells elicits superior anti-tumor efficacy as compared to intravenous administration, with intraventricular infusions exhibiting possible benefit over intracranial tumor infusions in a multifocal disease model. Overall, these findings help define parameters for the clinical translation of CAR T cell therapy for the treatment of brain tumors. T cell immunotherapy is emerging as a powerful strategy to treat cancer and may improve outcomes for patients with glioblastoma (GBM). We have developed a chimeric antigen receptor (CAR) T cell immunotherapy targeting IL-13 receptor α2 (IL13Rα2) for the treatment of GBM. Here, we describe the optimization of IL13Rα2-targeted CAR T cells, including the design of a 4-1BB (CD137) co-stimulatory CAR (IL13BBζ) and a manufacturing platform using enriched central memory T cells. Utilizing orthotopic human GBM models with patient-derived tumor sphere lines in NSG mice, we found that IL13BBζ-CAR T cells improved anti-tumor activity and T cell persistence as compared to first-generation IL13ζ-CAR CD8+ T cells that had shown evidence for bioactivity in patients. Investigating the impact of corticosteroids, given their frequent use in the clinical management of GBM, we demonstrate that low-dose dexamethasone does not diminish CAR T cell anti-tumor activity in vivo. Furthermore, we found that local intracranial delivery of CAR T cells elicits superior anti-tumor efficacy as compared to intravenous administration, with intraventricular infusions exhibiting possible benefit over intracranial tumor infusions in a multifocal disease model. Overall, these findings help define parameters for the clinical translation of CAR T cell therapy for the treatment of brain tumors.

While chimeric antigen receptor (CAR) T cells have demonstrated antitumor activity against glioblastoma (GBM), tumor heterogeneity remains a critical challenge. To more effectively target heterogeneous GBMs, we report the development of a novel peptide-based CAR exploiting the GBM-binding potential of chlorotoxin (CLTX). CLTX bound a greater proportion of tumor cells than GBM-associated antigens EGFR, HER2 and IL13Rα2. CAR T cells bearing CLTX as the targeting domain (CLTX-CAR), mediated potent in vitro and in vivo anti-GBM activity, and efficiently targeted tumors lacking expression of other GBM-associated antigens. Importantly, CLTX-CAR T cells exhibited no observable off-target effector activity against normal cells, or when adoptively transferred into mice. Effective targeting by CLTX-CAR T cells required cell surface expression of matrix metalloproteinase-2 (MMP-2). Our results are the first demonstration of a peptide toxin utilized as a CAR targeting domain, expanding the repertoire of tumor-selective CAR T cells with the potential to reduce antigen escape.