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.

Persistence of T cells engineered with chimeric antigen receptors (CARs) has been a major barrier to use of these cells for molecularly targeted adoptive immunotherapy. To address this issue, we created a series of CARs that contain the T cell receptor-ζ (TCR-ζ) signal transduction domain with the CD28 and/or CD137 (4-1BB) intracellular domains in tandem. After short-term expansion, primary human T cells were subjected to lentiviral gene transfer, resulting in large numbers of cells with >85% CAR expression. In an immunodeficient mouse xenograft model of primary human pre-B-cell acute lymphoblastic leukemia, human T cells expressing anti-CD19 CARs containing CD137 exhibited the greatest antileukemic efficacy and prolonged (>6 months) survival in vivo, and were significantly more effective than cells expressing CARs containing TCR-ζ alone or CD28-ζ signaling receptors. We uncovered a previously unrecognized, antigen-independent effect of CARs expressing the CD137 cytoplasmic domain that likely contributes to the enhanced antileukemic efficacy and survival in tumor bearing mice. Furthermore, our studies revealed significant discrepancies between in vitro and in vivo surrogate measures of CAR efficacy. Together these results suggest that incorporation of the CD137 signaling domain in CARs should improve the persistence of CARs in the hematologic malignancies and hence maximize their antitumor activity. Persistence of T cells engineered with chimeric antigen receptors (CARs) has been a major barrier to use of these cells for molecularly targeted adoptive immunotherapy. To address this issue, we created a series of CARs that contain the T cell receptor-ζ (TCR-ζ) signal transduction domain with the CD28 and/or CD137 (4-1BB) intracellular domains in tandem. After short-term expansion, primary human T cells were subjected to lentiviral gene transfer, resulting in large numbers of cells with >85% CAR expression. In an immunodeficient mouse xenograft model of primary human pre-B-cell acute lymphoblastic leukemia, human T cells expressing anti-CD19 CARs containing CD137 exhibited the greatest antileukemic efficacy and prolonged (>6 months) survival in vivo, and were significantly more effective than cells expressing CARs containing TCR-ζ alone or CD28-ζ signaling receptors. We uncovered a previously unrecognized, antigen-independent effect of CARs expressing the CD137 cytoplasmic domain that likely contributes to the enhanced antileukemic efficacy and survival in tumor bearing mice. Furthermore, our studies revealed significant discrepancies between in vitro and in vivo surrogate measures of CAR efficacy. Together these results suggest that incorporation of the CD137 signaling domain in CARs should improve the persistence of CARs in the hematologic malignancies and hence maximize their antitumor activity.

Abstract Chimeric antigen receptor (CAR)–modified T cells with anti-CD19 specificity are a highly effective novel immune therapy for relapsed/refractory acute lymphoblastic leukemia. Cytokine release syndrome (CRS) is the most significant and life-threatening toxicity. To improve understanding of CRS, we measured cytokines and clinical biomarkers in 51 CTL019-treated patients. Peak levels of 24 cytokines, including IFNγ, IL6, sgp130, and sIL6R, in the first month after infusion were highly associated with severe CRS. Using regression modeling, we could accurately predict which patients would develop severe CRS with a signature composed of three cytokines. Results were validated in an independent cohort. Changes in serum biochemical markers, including C-reactive protein and ferritin, were associated with CRS but failed to predict development of severe CRS. These comprehensive profiling data provide novel insights into CRS biology and, importantly, represent the first data that can accurately predict which patients have a high probability of becoming critically ill. Significance: CRS is the most common severe toxicity seen after CAR T-cell treatment. We developed models that can accurately predict which patients are likely to develop severe CRS before they become critically ill, which improves understanding of CRS biology and may guide future cytokine-directed therapy. Cancer Discov; 6(6); 664–79. ©2016 AACR. See related commentary by Rouce and Heslop, p. 579. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 561

Genomic profiling has identified a subtype of high-risk B-progenitor acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) with alteration of IKZF1, a gene expression profile similar to BCR-ABL1-positive ALL and poor outcome (Ph-like ALL). The genetic alterations that activate kinase signaling in Ph-like ALL are poorly understood. We performed transcriptome and whole genome sequencing on 15 cases of Ph-like ALL and identified rearrangements involving ABL1, JAK2, PDGFRB, CRLF2, and EPOR, activating mutations of IL7R and FLT3, and deletion of SH2B3, which encodes the JAK2-negative regulator LNK. Importantly, several of these alterations induce transformation that is attenuated with tyrosine kinase inhibitors, suggesting the treatment outcome of these patients may be improved with targeted therapy.

Key Points Cytokine release syndrome caused by T cell-directed therapies may be driven by abnormal macrophage activation and hemophagocytic syndrome. Cytokine-directed therapy can be effective against life-threatening cytokine release syndrome.

Donor availability and transplantation-related risks limit the broad use of allogeneic

Abstract Lymphadenopathy in children for which no infectious or malignant cause can be ascertained constitutes a challenging diagnostic dilemma. Autoimmune lymphoproliferative syndrome (ALPS) is a human genetic disorder of lymphocyte apoptosis resulting in an accumulation of lymphocytes and childhood onset chronic lymphadenopathy, splenomegaly, multilineage cytopenias, and an increased risk of B-cell lymphoma. In 1999, investigators at the National Institutes of Health (NIH) suggested criteria to establish the diagnosis of ALPS. Since then, with approximately 500 patients with ALPS studied worldwide, significant advances in our understanding of the disease have prompted the need for revisions to the existing diagnostic criteria and classification scheme. The rationale and recommendations outlined here stem from an international workshop held at NIH on September 21 and 22, 2009, attended by investigators from the United States, Europe, and Australia engaged in clinical and basic science research on ALPS and related disorders. It is hoped that harmonizing the diagnosis and classification of ALPS will foster collaborative research and better understanding of the pathogenesis of autoimmune cytopenias and B-cell lymphomas.

Objective: Initial success with chimeric antigen receptor–modified T cell therapy for relapsed/refractory acute lymphoblastic leukemia is leading to expanded use through multicenter trials. Cytokine release syndrome, the most severe toxicity, presents a novel critical illness syndrome with limited data regarding diagnosis, prognosis, and therapy. We sought to characterize the timing, severity, and intensive care management of cytokine release syndrome after chimeric antigen receptor–modified T cell therapy. Design: Retrospective cohort study. Setting: Academic children’s hospital. Patients: Thirty-nine subjects with relapsed/refractory acute lymphoblastic leukemia treated with chimeric antigen receptor–modified T cell therapy on a phase I/IIa clinical trial (ClinicalTrials.gov number NCT01626495). Interventions: All subjects received chimeric antigen receptor–modified T cell therapy. Thirteen subjects with cardiovascular dysfunction were treated with the interleukin-6 receptor antibody tocilizumab. Measurements and Main Results: Eighteen subjects (46%) developed grade 3–4 cytokine release syndrome, with prolonged fever (median, 6.5 d), hyperferritinemia (median peak ferritin, 60,214 ng/mL), and organ dysfunction. Fourteen (36%) developed cardiovascular dysfunction treated with vasoactive infusions a median of 5 days after T cell therapy. Six (15%) developed acute respiratory failure treated with invasive mechanical ventilation a median of 6 days after T cell therapy; five met criteria for acute respiratory distress syndrome. Encephalopathy, hepatic, and renal dysfunction manifested later than cardiovascular and respiratory dysfunction. Subjects had a median of 15 organ dysfunction days (interquartile range, 8–20). Treatment with tocilizumab in 13 subjects resulted in rapid defervescence (median, 4 hr) and clinical improvement. Conclusions: Grade 3–4 cytokine release syndrome occurred in 46% of patients following T cell therapy for relapsed/refractory acute lymphoblastic leukemia. Clinicians should be aware of expanding use of this breakthrough therapy and implications for critical care units in cancer centers.

BACKGROUND. Initial reports from the severe acute respiratory coronavirus 2 (SARS–CoV-2) pandemic described children as being less susceptible to coronavirus disease 2019 (COVID-19) than adults. Subsequently, a severe and novel pediatric disorder termed multisystem inflammatory syndrome in children (MIS-C) emerged. We report on unique hematologic and immunologic parameters that distinguish between COVID-19 and MIS-C and provide insight into pathophysiology.