In an attempt to treat cancer patients with ERBB2 overexpressing tumors, we developed a chimeric antigen receptor (CAR) based on the widely used humanized monoclonal antibody (mAb) Trastuzumab (Herceptin). An optimized CAR vector containing CD28, 4-1BB, and CD3zeta signaling moieties was assembled in a gamma-retroviral vector and used to transduce autologous peripheral blood lymphocytes (PBLs) from a patient with colon cancer metastatic to the lungs and liver, refractory to multiple standard treatments. The gene transfer efficiency into autologous T cells was 79% CAR(+) in CD3(+) cells and these cells demonstrated high-specific reactivity in in vitro coculture assays. Following completion of nonmyeloablative conditioning, the patient received 10(10) cells intravenously. Within 15 minutes after cell infusion the patient experienced respiratory distress, and displayed a dramatic pulmonary infiltrate on chest X-ray. She was intubated and despite intensive medical intervention the patient died 5 days after treatment. Serum samples after cell infusion showed marked increases in interferon-gamma (IFN-gamma), granulocyte macrophage-colony stimulating factor (GM-CSF), tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha), interleukin-6 (IL-6), and IL-10, consistent with a cytokine storm. We speculate that the large number of administered cells localized to the lung immediately following infusion and were triggered to release cytokine by the recognition of low levels of ERBB2 on lung epithelial cells.

T Cells for Epithelial Tumors Malignant tumors harbor genetic alterations. Recently, adoptive T cell therapies have taken advantage of this: T cells specific for mutations in tumors are infused into patients to generate an antitumor immune response. Although therapeutic benefit has been seen for melanomas, effectiveness against more common epithelial tumors is unclear. Using whole-exome sequencing, Tran et al. (p. 641 ) identified tumor-infiltrating CD4+ T cells specific for a mutated antigen expressed by a tumor from a patient with metastatic cholangiocarcinoma. Infusion of this patient with an expanded-population, mutation-specific T cell resulted in tumor regression and stabilization of disease.

Purpose Adoptive immunotherapy using tumor-infiltrating lymphocytes represents an effective cancer treatment for patients with metastatic melanoma. The NY-ESO-1 cancer/testis antigen, which is expressed in 80% of patients with synovial cell sarcoma and approximately 25% of patients with melanoma and common epithelial tumors, represents an attractive target for immune-based therapies. The current trial was carried out to evaluate the ability of adoptively transferred autologous T cells transduced with a T-cell receptor (TCR) directed against NY-ESO-1 to mediate tumor regression in patients with metastatic melanoma and synovial cell sarcoma. Patients and Methods A clinical trial was performed in patients with metastatic melanoma or metastatic synovial cell sarcoma refractory to all standard treatments. Patients with NY-ESO-1–positive tumors were treated with autologous TCR-transduced T cells plus 720,000 iU/kg of interleukin-2 to tolerance after preparative chemotherapy. Objective clinical responses were evaluated using Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST). Results Objective clinical responses were observed in four of six patients with synovial cell sarcoma and five of 11 patients with melanoma bearing tumors expressing NY-ESO-1. Two of 11 patients with melanoma demonstrated complete regressions that persisted after 1 year. A partial response lasting 18 months was observed in one patient with synovial cell sarcoma. Conclusion These observations indicate that TCR-based gene therapies directed against NY-ESO-1 represent a new and effective therapeutic approach for patients with melanoma and synovial cell sarcoma. To our knowledge, this represents the first demonstration of the successful treatment of a nonmelanoma tumor using TCR-transduced T cells.

Abstract We conducted a clinical trial to assess adoptive transfer of T cells genetically modified to express an anti-CD19 chimeric Ag receptor (CAR). Our clinical protocol consisted of chemotherapy followed by an infusion of anti–CD19-CAR–transduced T cells and a course of IL-2. Six of the 8 patients treated on our protocol obtained remissions of their advanced, progressive B-cell malignancies. Four of the 8 patients treated on the protocol had long-term depletion of normal polyclonal CD19+ B-lineage cells. Cells containing the anti-CD19 CAR gene were detected in the blood of all patients. Four of the 8 treated patients had prominent elevations in serum levels of the inflammatory cytokines IFNγ and TNF. The severity of acute toxicities experienced by the patients correlated with serum IFNγ and TNF levels. The infused anti–CD19-CAR–transduced T cells were a possible source of these inflammatory cytokines because we demonstrated peripheral blood T cells that produced TNF and IFNγ ex vivo in a CD19-specific manner after anti–CD19-CAR–transduced T-cell infusions. Anti–CD19-CAR–transduced T cells have great promise to improve the treatment of B-cell malignancies because of a potent ability to eradicate CD19+ cells in vivo; however, reversible cytokine-associated toxicities occurred after CAR–transduced T-cell infusions. This trial was registered with ClinicalTrials.gov as NCT00924326.

Treatment with tumor-infiltrating lymphocytes (TIL) plus interleukin-2 can mediate the regression of metastatic melanoma in approximately half of patients. To optimize this treatment approach and define the in vivo distribution and survival of TIL, we used retroviral-mediated gene transduction to introduce the gene coding for resistance to neomycin into human TIL before their infusion into patients--thus using the new gene as a marker for the infused cells.Five patients received the gene-modified TIL. All the patients tolerated the treatment well, and no side effects due to the gene transduction were noted. The presence and expression of the neomycin-resistance gene were demonstrated in TIL from all the patients with Southern blot analysis and enzymatic assay for the neomycin phosphotransferase coded by the bacterial gene. Cells from four of the five patients grew successfully in high concentrations of G418, a neomycin analogue otherwise toxic to eukaryotic cells. With polymerase-chain-reaction analysis, gene-modified cells were consistently found in the circulation of all five patients for three weeks and for as long as two months in two patients. Cells were recovered from tumor deposits as much as 64 days after cell administration. The procedure was safe according to all criteria, including the absence of infections virus in TIL and in the patients.These studies demonstrate the feasibility and safety of using retroviral gene transduction for human gene therapy and have implications for the design of TIL with improved antitumor potency, as well as for the possible use of lymphocytes for the gene therapy of other diseases.

Abstract Purpose: A phase I study was conducted to assess the safety of adoptive immunotherapy using gene-modified autologous T cells for the treatment of metastatic ovarian cancer. Experimental Design: T cells with reactivity against the ovarian cancer–associated antigen α-folate receptor (FR) were generated by genetic modification of autologous T cells with a chimeric gene incorporating an anti-FR single-chain antibody linked to the signaling domain of the Fc receptor γ chain. Patients were assigned to one of two cohorts in the study. Eight patients in cohort 1 received a dose escalation of T cells in combination with high-dose interleukin-2, and six patients in cohort 2 received dual-specific T cells (reactive with both FR and allogeneic cells) followed by immunization with allogeneic peripheral blood mononuclear cells. Results: Five patients in cohort 1 experienced some grade 3 to 4 treatment-related toxicity that was probably due to interleukin-2 administration, which could be managed using standard measures. Patients in cohort 2 experienced relatively mild side effects with grade 1 to 2 symptoms. No reduction in tumor burden was seen in any patient. Tracking 111In-labeled adoptively transferred T cells in cohort 1 revealed a lack of specific localization of T cells to tumor except in one patient where some signal was detected in a peritoneal deposit. PCR analysis showed that gene-modified T cells were present in the circulation in large numbers for the first 2 days after transfer, but these quickly declined to be barely detectable 1 month later in most patients. An inhibitory factor developed in the serum of three of six patients tested over the period of treatment, which significantly reduced the ability of gene-modified T cells to respond against FR+ tumor cells. Conclusions: Large numbers of gene-modified tumor-reactive T cells can be safely given to patients, but these cells do not persist in large numbers long term. Future studies need to employ strategies to extend T cell persistence. This report is the first to document the use of genetically redirected T cells for the treatment of ovarian cancer.

New, effective therapies are needed for pancreatic ductal adenocarcinoma. Ipilimumab can mediate an immunologic tumor regression in other histologies. This phase II trial evaluated the efficacy of Ipilimumab for advanced pancreatic cancer. Subjects were adults with locally advanced or metastatic pancreas adenocarcinoma with measurable disease, good performance status, and minimal comorbidities. Ipilimumab was administered intravenously (3.0 mg/kg every 3 wk; 4 doses/course) for a maximum of 2 courses. Response rate by response evaluation criteria in solid tumors criteria and toxicity were measured. Twenty-seven subjects were enrolled (metastatic disease: 20 and locally advanced: 7) with median age of 55 years (27 to 68 y) and good performance status (26 with Eastern Cooperative Oncology Group performance status =0 to 1). Three subjects experienced ≥ grade 3 immune-mediated adverse events (colitis:1, encephalitis:1, hypohysitis:1). There were no responders by response evaluation criteria in solid tumors criteria but a subject experienced a delayed response after initial progressive disease. In this subject, new metastases after 2 doses of Ipilimumab established progressive disease. But continued administration of the agent per protocol resulted in significant delayed regression of the primary lesion and 20 hepatic metastases. This was reflected in tumor markers normalization, and clinically significant improvement of performance status. Single agent Ipilimumab at 3.0 mg/kg/dose is ineffective for the treatment of advanced pancreas cancer. However, a significant delayed response in one subject of this trial suggests that immunotherapeutic approaches to pancreas cancer deserve further exploration.

Autologous T lymphocytes genetically engineered to express a murine T cell receptor (TCR) against human carcinoembryonic antigen (CEA) were administered to three patients with metastatic colorectal cancer refractory to standard treatments. All patients experienced profound decreases in serum CEA levels (74–99%), and one patient had an objective regression of cancer metastatic to the lung and liver. However, a severe transient inflammatory colitis that represented a dose limiting toxicity was induced in all three patients. This report represents the first example of objective regression of metastatic colorectal cancer mediated by adoptive T cell transfer and illustrates the successful use of a TCR, raised in human leukocyte antigen (HLA) transgenic mice, against a human tumor associated antigen. It also emphasizes the destructive power of small numbers of highly avid T cells and the limitations of using CEA as a target for cancer immunotherapy.

Purpose T cells genetically modified to express chimeric antigen receptors (CARs) targeting CD19 (CAR-19) have potent activity against acute lymphoblastic leukemia, but fewer results supporting treatment of lymphoma with CAR-19 T cells have been published. Patients with lymphoma that is chemotherapy refractory or relapsed after autologous stem-cell transplantation have a grim prognosis, and new treatments for these patients are clearly needed. Chemotherapy administered before adoptive T-cell transfer has been shown to enhance the antimalignancy activity of adoptively transferred T cells. Patients and Methods We treated 22 patients with advanced-stage lymphoma in a clinical trial of CAR-19 T cells preceded by low-dose chemotherapy. Nineteen patients had diffuse large B-cell lymphoma, two patients had follicular lymphoma, and one patient had mantle cell lymphoma. Patients received a single dose of CAR-19 T cells 2 days after a low-dose chemotherapy conditioning regimen of cyclophosphamide plus fludarabine. Results The overall remission rate was 73% with 55% complete remissions and 18% partial remissions. Eleven of 12 complete remissions are ongoing. Fifty-five percent of patients had grade 3 or 4 neurologic toxicities that completely resolved. The low-dose chemotherapy conditioning regimen depleted blood lymphocytes and increased serum interleukin-15 (IL-15). Patients who achieved a remission had a median peak blood CAR + cell level of 98/μL and those who did not achieve a remission had a median peak blood CAR + cell level of 15/μL ( P = .027). High serum IL-15 levels were associated with high peak blood CAR + cell levels ( P = .001) and remissions of lymphoma ( P < .001). Conclusion CAR-19 T cells preceded by low-dose chemotherapy induced remission of advanced-stage lymphoma, and high serum IL-15 levels were associated with the effectiveness of this treatment regimen. CAR-19 T cells will likely become an important treatment for patients with relapsed lymphoma.