The high expression across multiple tumor types and restricted expression in normal tissues make B7-H3 an attractive target for immunotherapy. We generated chimeric antigen receptor (CAR) T cells targeting B7-H3 (B7-H3.CAR-Ts) and found that B7-H3.CAR-Ts controlled the growth of pancreatic ductal adenocarcinoma, ovarian cancer and neuroblastoma in vitro and in orthotopic and metastatic xenograft mouse models, which included patient-derived xenograft. We also found that 4-1BB co-stimulation promotes lower PD-1 expression in B7-H3.CAR-Ts, and superior antitumor activity when targeting tumor cells that constitutively expressed PD-L1. We took advantage of the cross-reactivity of the B7-H3.CAR with murine B7-H3, and found that B7-H3.CAR-Ts significantly controlled tumor growth in a syngeneic tumor model without evident toxicity. These findings support the clinical development of B7-H3.CAR-Ts.

Cells with sphere forming capacity, spheroid cells, are present in the malignant ascites of patients with epithelial ovarian cancer (EOC) and represent a significant impediment to efficacious treatment due to their putative role in progression, metastasis and chemotherapy resistance. The exact mechanisms that underlie EOC metastasis and drug resistance are not clear. Understanding the biology of sphere forming cells may contribute to the identification of novel therapeutic opportunities for metastatic EOC. Here we generated spheroid cells from human ovarian cancer cell lines and primary ovarian cancer. Xenoengraftment of as few as 2000 dissociated spheroid cells into immune-deficient mice allowed full recapitulation of the original tumor, whereas >105 parent tumor cells remained non-tumorigenic. The spheroid cells were found to be enriched for cells with cancer stem cell-like characteristics such as upregulation of stem cell genes, self-renewal, high proliferative and differentiation potential, and high aldehyde dehydrogenase (ALDH) activity. Furthermore, spheroid cells were more aggressive in growth, migration, invasion, scratch recovery, clonogenic survival, anchorage-independent growth, and more resistant to chemotherapy in vitro. 13C-glucose metabolic studies revealed that spheroid cells route glucose predominantly to anaerobic glycolysis and pentose cycle to the detriment of re-routing glucose for anabolic purposes. These metabolic properties of sphere forming cells appear to confer increased resistance to apoptosis and contribute to more aggressive tumor growth. Collectively, we demonstrated that spheroid cells with cancer stem cell-like characteristics contributed to tumor generation, progression and chemotherapy resistance. This study provides insight into the relationship between tumor dissemination and metabolic attributes of human cancer stem cells and has clinical implications for cancer therapy.

Vitamin A is a micronutrient critical for versatile biological functions and has been widely used in the food, cosmetics, pharmaceutical, and nutraceutical industries. Synthetic biology and metabolic engineering enable microbes, especially the model organism

A central problem in cancer immunotherapy with immune checkpoint blockade (ICB) is the development of resistance, which affects 50% of patients with metastatic melanoma 1,2 . T cell exhaustion, resulting from chronic antigen exposure in the tumour microenvironment, is a major driver of ICB resistance 3 . Here, we show that CD38, an ecto-enzyme involved in nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) catabolism, is highly expressed in exhausted CD8 + T cells in melanoma and is associated with ICB resistance. Tumour-derived CD38 hi CD8 + T cells are dysfunctional, characterised by impaired proliferative capacity, effector function, and dysregulated mitochondrial bioenergetics. Genetic and pharmacological blockade of CD38 in murine and patient-derived organotypic tumour models (MDOTS/PDOTS) enhanced tumour immunity and overcame ICB resistance. Mechanistically, disrupting CD38 activity in T cells restored cellular NAD + pools, improved mitochondrial function, increased proliferation, augmented effector function, and restored ICB sensitivity. Taken together, these data demonstrate a role for the CD38-NAD + axis in promoting T cell exhaustion and ICB resistance, and establish the efficacy of CD38 directed therapeutic strategies to overcome ICB resistance using clinically relevant, patient-derived 3D tumour models.

Abstract Novel therapeutic strategies are needed to improve the efficacy of chimeric antigen receptor (CAR) T cells as a treatment of solid tumors. Multiple tumor microenvironmental factors are thought to contribute to resistance to CAR T-cell therapy in solid tumors, and appropriate model systems to identify and examine these factors using clinically relevant biospecimens are limited. In this study, we examined the activity of B7-H3–directed CAR T cells (B7-H3.CAR-T) using 3D microfluidic cultures of patient-derived organotypic tumor spheroids (PDOTS) and then confirmed the activity of B7-H3.CAR T cells in PDOTS. Although B7-H3 expression in PDOTS was associated with B7-H3.CAR-T sensitivity, mechanistic studies revealed dynamic upregulation of co-inhibitory receptors on CAR T-cells following target cell encounter that led to CAR T-cell dysfunction and limited efficacy against B7-H3–expressing tumors. PD-1 blockade restored CAR T-cell activity in monotypic and organotypic tumor spheroids with improved tumor control and upregulation of effector cytokines. Given the emerging role of TANK-binding kinase 1 (TBK1) as an immune evasion gene, we examined the effect of TBK1 inhibition on CAR T-cell efficacy. Similar to PD-1 blockade, TBK1 inhibition restored CAR T-cell activity in monotypic and organotypic tumor spheroids, prevented CAR T-cell dysfunction, and enhanced CAR T-cell proliferation. Inhibition or deletion of TBK1 also enhanced the sensitivity of cancer cells to immune-mediated killing. Taken together, our results demonstrate the feasibility and utility of ex vivo profiling of CAR T cells using PDOTS and suggest that targeting TBK1 could be used to enhance CAR T-cell efficacy by overcoming tumor-intrinsic and -extrinsic resistance mechanisms.