Relapsed acute lymphoblastic leukemia (ALL) is difficult to treat despite the availability of aggressive therapies. Chimeric antigen receptor–modified T cells targeting CD19 may overcome many limitations of conventional therapies and induce remission in patients with refractory disease.

Chimeric antigen receptor-modified T cells with specificity for CD19 have shown promise in the treatment of chronic lymphocytic leukemia (CLL). It remains to be established whether chimeric antigen receptor T cells have clinical activity in acute lymphoblastic leukemia (ALL). Two children with relapsed and refractory pre-B-cell ALL received infusions of T cells transduced with anti-CD19 antibody and a T-cell signaling molecule (CTL019 chimeric antigen receptor T cells), at a dose of 1.4×10(6) to 1.2×10(7) CTL019 cells per kilogram of body weight. In both patients, CTL019 T cells expanded to a level that was more than 1000 times as high as the initial engraftment level, and the cells were identified in bone marrow. In addition, the chimeric antigen receptor T cells were observed in the cerebrospinal fluid (CSF), where they persisted at high levels for at least 6 months. Eight grade 3 or 4 adverse events were noted. The cytokine-release syndrome and B-cell aplasia developed in both patients. In one child, the cytokine-release syndrome was severe; cytokine blockade with etanercept and tocilizumab was effective in reversing the syndrome and did not prevent expansion of chimeric antigen receptor T cells or reduce antileukemic efficacy. Complete remission was observed in both patients and is ongoing in one patient at 11 months after treatment. The other patient had a relapse, with blast cells that no longer expressed CD19, approximately 2 months after treatment. Chimeric antigen receptor-modified T cells are capable of killing even aggressive, treatment-refractory acute leukemia cells in vivo. The emergence of tumor cells that no longer express the target indicates a need to target other molecules in addition to CD19 in some patients with ALL.

CAR T cells persist and sustain remissions in advanced chronic lymphocytic leukemia.

CRISPR takes first steps in humans CRISPR-Cas9 is a revolutionary gene-editing technology that offers the potential to treat diseases such as cancer, but the effects of CRISPR in patients are currently unknown. Stadtmauer et al. report a phase 1 clinical trial to assess the safety and feasibility of CRISPR-Cas9 gene editing in three patients with advanced cancer (see the Perspective by Hamilton and Doudna). They removed immune cells called T lymphocytes from patients and used CRISPR-Cas9 to disrupt three genes ( TRAC, TRBC , and PDCD1 ) with the goal of improving antitumor immunity. A cancer-targeting transgene, NY-ESO-1, was also introduced to recognize tumors. The engineered cells were administered to patients and were well tolerated, with durable engraftment observed for the study duration. These encouraging observations pave the way for future trials to study CRISPR-engineered cancer immunotherapies. Science , this issue p. eaba7365 ; see also p. 976

Variation within genes has important implications for all biological traits. We identified 3899 single nucleotide polymorphisms (SNPs) that were present within 313 genes from 82 unrelated individuals of diverse ancestry, and we organized the SNPs into 4304 different haplotypes. Each gene had several variable SNPs and haplotypes that were present in all populations, as well as a number that were population-specific. Pairs of SNPs exhibited variability in the degree of linkage disequilibrium that was a function of their location within a gene, distance from each other, population distribution, and population frequency. Haplotypes generally had more information content (heterozygosity) than did individual SNPs. Our analysis of the pattern of variation strongly supports the recent expansion of the human population.

Abstract Off-target toxicity due to the expression of target antigens in normal tissue represents a major obstacle to the use of chimeric antigen receptor (CAR)-engineered T cells for treatment of solid malignancies. To circumvent this issue, we established a clinical platform for engineering T cells with transient CAR expression by using in vitro transcribed mRNA encoding a CAR that includes both the CD3-ζ and 4-1BB costimulatory domains. We present two case reports from ongoing trials indicating that adoptive transfer of mRNA CAR T cells that target mesothelin (CARTmeso cells) is feasible and safe without overt evidence of off-tumor on-target toxicity against normal tissues. CARTmeso cells persisted transiently within the peripheral blood after intravenous administration and migrated to primary and metastatic tumor sites. Clinical and laboratory evidence of antitumor activity was shown in both patients, and the CARTmeso cells elicited an antitumor immune response revealed by the development of novel antiself antibodies. These data show the potential of using mRNA-engineered T cells to evaluate, in a controlled manner, potential off-tumor on-target toxicities and show that short-lived CAR T cells can induce epitope spreading and mediate antitumor activity in patients with advanced cancer. Thus, these findings support the development of mRNA CAR-based strategies for carcinoma and other solid tumors. Cancer Immunol Res; 2(2); 112–20. ©2013 AACR.

The adoptive transfer of T lymphocytes reprogrammed to target tumour cells has demonstrated potential for treatment of various cancers1-7. However, little is known about the long-term potential and clonal stability of the infused cells. Here we studied long-lasting CD19-redirected chimeric antigen receptor (CAR) T cells in two patients with chronic lymphocytic leukaemia1-4 who achieved a complete remission in 2010. CAR T cells remained detectable more than ten years after infusion, with sustained remission in both patients. Notably, a highly activated CD4+ population emerged in both patients, dominating the CAR T cell population at the later time points. This transition was reflected in the stabilization of the clonal make-up of CAR T cells with a repertoire dominated by a small number of clones. Single-cell profiling demonstrated that these long-persisting CD4+ CAR T cells exhibited cytotoxic characteristics along with ongoing functional activation and proliferation. In addition, longitudinal profiling revealed a population of gamma delta CAR T cells that prominently expanded in one patient concomitant with CD8+ CAR T cells during the initial response phase. Our identification and characterization of these unexpected CAR T cell populations provide novel insight into the CAR T cell characteristics associated with anti-cancer response and long-term remission in leukaemia.

Redirecting T lymphocyte antigen specificity by gene transfer can provide large numbers of tumor-reactive T lymphocytes for adoptive immunotherapy. However, safety concerns associated with viral vector production have limited clinical application of T cells expressing chimeric antigen receptors (CAR). T lymphocytes can be gene modified by RNA electroporation without integration-associated safety concerns. To establish a safe platform for adoptive immunotherapy, we first optimized the vector backbone for RNA in vitro transcription to achieve high-level transgene expression. CAR expression and function of RNA-electroporated T cells could be detected up to a week after electroporation. Multiple injections of RNA CAR-electroporated T cells mediated regression of large vascularized flank mesothelioma tumors in NOD/scid/γc(-/-) mice. Dramatic tumor reduction also occurred when the preexisting intraperitoneal human-derived tumors, which had been growing in vivo for >50 days, were treated by multiple injections of autologous human T cells electroporated with anti-mesothelin CAR mRNA. This is the first report using matched patient tumor and lymphocytes showing that autologous T cells from cancer patients can be engineered to provide an effective therapy for a disseminated tumor in a robust preclinical model. Multiple injections of RNA-engineered T cells are a novel approach for adoptive cell transfer, providing flexible platform for the treatment of cancer that may complement the use of retroviral and lentiviral engineered T cells. This approach may increase the therapeutic index of T cells engineered to express powerful activation domains without the associated safety concerns of integrating viral vectors.

The adoptive transfer of T lymphocytes reprogrammed to target tumor cells has demonstrated significant potential in various malignancies. However, little is known about the long-term potential and the clonal stability of the infused cells. Here, we studied the longest persisting CD19-redirected chimeric antigen receptor (CAR) T cells to date in two chronic lymphocytic leukemia (CLL) patients who achieved a complete remission in 2010. CAR T-cells were still detectable up to 10+ years post-infusion, with sustained remission in both patients. Surprisingly, a prominent, highly activated CD4 + population developed in both patients during the years post-infusion, dominating the CAR T-cell population at the late time points. This transition was reflected in the stabilization of the clonal make-up of CAR T-cells with a repertoire dominated by few clones. Single cell multi-omics profiling via Cellular Indexing of Transcriptomes and Epitopes by Sequencing (CITE-Seq) with TCR sequencing of CAR T-cells obtained 9.3 years post-infusion demonstrated that these long-persisting CD4 + CAR T-cells exhibited cytotoxic characteristics along with strong evidence of ongoing functional activation and proliferation. Our data provide novel insight into the CAR T-cell characteristics associated with long-term remission in leukemia.