Importance

 Glioblastoma is an incurable tumor, and the therapeutic options for patients are limited. 

Objective

 To determine whether the systemic administration of HER2-specific chimeric antigen receptor (CAR)–modified virus-specific T cells (VSTs) is safe and whether these cells have antiglioblastoma activity. 

Design, Setting, and Participants

 In this open-label phase 1 dose-escalation study conducted at Baylor College of Medicine, Houston Methodist Hospital, and Texas Children’s Hospital, patients with progressive HER2-positive glioblastoma were enrolled between July 25, 2011, and April 21, 2014. The duration of follow-up was 10 weeks to 29 months (median, 8 months). 

Interventions

 Monotherapy with autologous VSTs specific for cytomegalovirus, Epstein-Barr virus, or adenovirus and genetically modified to express HER2-CARs with a CD28.ζ-signaling endodomain (HER2-CAR VSTs). 

Main Outcomes and Measures

 Primary end points were feasibility and safety. The key secondary end points were T-cell persistence and their antiglioblastoma activity. 

Results

 A total of 17 patients (8 females and 9 males; 10 patients ≥18 years [median age, 60 years; range, 30-69 years] and 7 patients <18 years [median age, 14 years; range, 10-17 years]) with progressive HER2-positive glioblastoma received 1 or more infusions of autologous HER2-CAR VSTs (1 × 10⁶/m²to 1 × 10⁸/m²) without prior lymphodepletion. Infusions were well tolerated, with no dose-limiting toxic effects. HER2-CAR VSTs were detected in the peripheral blood for up to 12 months after the infusion by quantitative real-time polymerase chain reaction. Of 16 evaluable patients (9 adults and 7 children), 1 had a partial response for more than 9 months, 7 had stable disease for 8 weeks to 29 months, and 8 progressed after T-cell infusion. Three patients with stable disease are alive without any evidence of progression during 24 to 29 months of follow-up. For the entire study cohort, median overall survival was 11.1 months (95% CI, 4.1-27.2 months) from the first T-cell infusion and 24.5 months (95% CI, 17.2-34.6 months) from diagnosis. 

Conclusions and Relevance

 Infusion of autologous HER2-CAR VSTs is safe and can be associated with clinical benefit for patients with progressive glioblastoma. Further evaluation of HER2-CAR VSTs in a phase 2b study is warranted as a single agent or in combination with other immunomodulatory approaches for glioblastoma.

In preclinical models of glioblastoma, antigen escape variants can lead to tumor recurrence after treatment with CAR T cells that are redirected to single tumor antigens. Given the heterogeneous expression of antigens on glioblastomas, we hypothesized that a bispecific CAR molecule would mitigate antigen escape and improve the antitumor activity of T cells. Here, we created a CAR that joins a HER2-binding scFv and an IL13Rα2-binding IL-13 mutein to make a tandem CAR exodomain (TanCAR) and a CD28.ζ endodomain. We determined that patient TanCAR T cells showed distinct binding to HER2 or IL13Rα2 and had the capability to lyse autologous glioblastoma. TanCAR T cells exhibited activation dynamics that were comparable to those of single CAR T cells upon encounter of HER2 or IL13Rα2. We observed that TanCARs engaged HER2 and IL13Rα2 simultaneously by inducing HER2-IL13Rα2 heterodimers, which promoted superadditive T cell activation when both antigens were encountered concurrently. TanCAR T cell activity was more sustained but not more exhaustible than that of T cells that coexpressed a HER2 CAR and an IL13Rα2 CAR, T cells with a unispecific CAR, or a pooled product. In a murine glioblastoma model, TanCAR T cells mitigated antigen escape, displayed enhanced antitumor efficacy, and improved animal survival. Thus, TanCAR T cells show therapeutic potential to improve glioblastoma control by coengaging HER2 and IL13Rα2 in an augmented, bivalent immune synapse that enhances T cell functionality and reduces antigen escape.