Through the adoptive transfer of lymphocytes after host immunodepletion, it is possible to mediate objective cancer regression in human patients with metastatic melanoma. However, the generation of tumor-specific T cells in this mode of immunotherapy is often limiting. Here we report the ability to specifically confer tumor recognition by autologous lymphocytes from peripheral blood by using a retrovirus that encodes a T cell receptor. Adoptive transfer of these transduced cells in 15 patients resulted in durable engraftment at levels exceeding 10% of peripheral blood lymphocytes for at least 2 months after the infusion. We observed high sustained levels of circulating, engineered cells at 1 year after infusion in two patients who both demonstrated objective regression of metastatic melanoma lesions. This study suggests the therapeutic potential of genetically engineered cells for the biologic therapy of cancer.

Most treatments for patients with metastatic melanoma have a low rate of complete regression and thus overall survival in these patients is poor. We investigated the ability of adoptive cell transfer utilizing autologous tumor-infiltrating lymphocytes (TIL) to mediate durable complete regressions in heavily pretreated patients with metastatic melanoma.

Purpose We investigated the combination of lymphodepleting chemotherapy followed by the adoptive transfer of autologous tumor reactive lymphocytes for the treatment of patients with refractory metastatic melanoma. Patients and Methods Thirty-five patients with metastatic melanoma, all but one with disease refractory to treatment with high-dose interleukin (IL) -2 and many with progressive disease after chemotherapy, underwent lymphodepleting conditioning with two days of cyclophosphamide (60 mg/kg) followed by five days of fludarabine (25 mg/m 2 ). On the day following the final dose of fludarabine, all patients received cell infusion with autologous tumor-reactive, rapidly expanded tumor infiltrating lymphocyte cultures and high-dose IL-2 therapy. Results Eighteen (51%) of 35 treated patients experienced objective clinical responses including three ongoing complete responses and 15 partial responses with a mean duration of 11.5 ± 2.2 months. Sites of regression included metastases to lung, liver, lymph nodes, brain, and cutaneous and subcutaneous tissues. Toxicities of treatment included the expected hematologic toxicities of chemotherapy including neutropenia, thrombocytopenia, and lymphopenia, the transient toxicities of high-dose IL-2 therapy, two patients who developed Pneumocystis pneumonia and one patient who developed an Epstein-Barr virus–related lymphoproliferation. Conclusion Lymphodepleting chemotherapy followed by the transfer of highly avid antitumor lymphocytes can mediate significant tumor regression in heavily pretreated patients with IL-2 refractory metastatic melanoma.

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.

The two approved treatments for patients with metastatic melanoma, interleukin (IL)-2 and dacarbazine, mediate objective response rates of 12% to 15%. We previously reported that adoptive cell therapy (ACT) with autologous antitumor lymphocytes in lymphodepleted hosts mediated objective responses in 51% of 35 patients. Here, we update that study and evaluate the safety and efficacy of two increased-intensity myeloablative lymphodepleting regimens.We performed two additional sequential trials of ACT with autologous tumor-infiltrating lymphocytes (TIL) in patients with metastatic melanoma. Increasing intensity of host preparative lymphodepletion consisting of cyclophosphamide and fludarabine with either 2 (25 patients) or 12 Gy (25 patients) of total-body irradiation (TBI) was administered before cell transfer. Objective response rates by Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) and survival were evaluated. Immunologic correlates of effective treatment were studied.Although nonmyeloablative chemotherapy alone showed an objective response rate of 49%, when 2 or 12 Gy of TBI was added, the response rates were 52% and 72% respectively. Responses were seen in all visceral sites including brain. There was one treatment-related death in the 93 patients. Host lymphodepletion was associated with increased serum levels of the lymphocyte homeostatic cytokines IL-7 and IL-15. Objective responses were correlated with the telomere length of the transferred cells.Host lymphodepletion followed by autologous TIL transfer and IL-2 results in objective response rates of 50% to 70% in patients with metastatic melanoma refractory to standard therapies.

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.

Nine cancer patients were treated with adoptive cell therapy using autologous anti-MAGE-A3 T-cell receptors (TCR)-engineered T cells. Five patients experienced clinical regression of their cancers including 2 on-going responders. Beginning 1–2 days postinfusion, 3 patients (#’s 5, 7, and 8) experienced mental status changes, and 2 patients (5 and 8) lapsed into comas and subsequently died. Magnetic resonance imagining analysis of patients 5 and 8 demonstrated periventricular leukomalacia, and examination of their brains at autopsy revealed necrotizing leukoencephalopathy with extensive white matter defects associated with infiltration of CD3+/CD8+ T cells. Patient 7, developed Parkinson-like symptoms, which resolved over 4 weeks and fully recovered. Immunohistochemical staining of patient and normal brain samples demonstrated rare positively staining neurons with an antibody that recognizes multiple MAGE-A family members. The TCR used in this study recognized epitopes in MAGE-A3/A9/A12. Molecular assays of human brain samples using real-time quantitative-polymerase chain reaction, Nanostring quantitation, and deep-sequencing indicated that MAGE-A12 was expressed in human brain (and possibly MAGE-A1, MAGE-A8, and MAGE-A9). This previously unrecognized expression of MAGE-A12 in human brain was possibly the initiating event of a TCR-mediated inflammatory response that resulted in neuronal cell destruction and raises caution for clinical applications targeting MAGE-A family members with highly active immunotherapies.

Purpose Previously, we reported our experience treating 14 patients with metastatic melanoma using a fully human antibody to cytotoxic T-lymphocyte antigen-4 (anti–CTLA-4) in conjunction with peptide vaccination. We have now treated 56 patients to evaluate two different dose schedules of anti–CTLA-4 and to explore the relationship between autoimmunity and tumor regression. Patients and Methods A total of 56 patients with progressive stage IV melanoma were enrolled onto the study. All had Karnofsky performance status ≥ 60% with no prior history of autoimmunity. Twenty-nine patients received 3 mg/kg anti–CTLA-4 every 3 weeks, whereas 27 received 3 mg/kg as their initial dose with subsequent doses reduced to 1 mg/kg every 3 weeks. In both cohorts patients received concomitant vaccination with two modified HLA-A*0201-restricted peptides from the gp100 melanoma-associated antigen, gp100:209-217(210M) and gp100:280-288(288V). Results Two patients achieved a complete response (ongoing at 30 and 31 months, respectively) and five patients achieved a partial response (durations of 4, 6, 25+, 26+, and 34+ months, respectively), for an overall objective response rate of 13%. Tumor regression was seen in lung, liver, brain, lymph nodes, and subcutaneous sites. Of 14 patients with grade 3/4 autoimmune toxicity, five (36%) experienced a clinical response compared with only two responses in the 42 patients (5%) with no autoimmune toxicity (P = .008). There were no significant differences in response rate or toxicity between the two dose schedules. Conclusion Administration of anti–CTLA-4 monoclonal antibody plus peptide vaccination can cause durable objective responses, which correlate with the induction of autoimmunity, in patients with metastatic melanoma.

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.