Möglichkeiten und Grenzen zellulärer Therapien in der Immunonkologie

 
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Möglichkeiten und Grenzen zellulärer Therapien in der Immunonkologie
Möglichkeiten und Grenzen zellulärer
                Therapien in der Immunonkologie

                                                  Ulrike Köhl

                                                          14.10.2019
                                       Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie (IZI),
© Fraunhofer         Institut für Klinische Immunologie, Universität und Universitätsklinikum Leipzig (UL/UKL)
                               Institut für Zelltherapeutika, Medizinische Hochschule Hannover (MHH)
Möglichkeiten und Grenzen zellulärer Therapien in der Immunonkologie
Disclosures

 In relation to this presentation, I declare that there are no conflicts of interest.

  “CD20CAR-TIME“ is a joint research project partly funded by the German
   ministry of education and research (ref. 01EK1507A-C) within the research
   programme “Innovations in Personalised Medicine“.

  CTL019 European study trial                          Kymriah®
  Consulting: AstraZeneca, Affimed, Glycostem

         Köhl 2.3.2017
Möglichkeiten und Grenzen zellulärer Therapien in der Immunonkologie
Übersicht                                                          Spender
                                                                             Manipulation
     Zell- und Gentherapie in der Immunonkologie
       Entwicklung der letzten 10 Jahre „and beyond“              Patient

       Beispiele (Möglichkeiten und Grenzen)
        - Antigen-spezifische T-Zellen
        - Mesenchymale Stromazellen
                                                                   Immunonkologie
     CAR exprimierende Effektor-Zellen
       Möglichkeiten und Grenzen der CAR T-Zellen
       Herstellung: Manuell – Automatisierung – Digitalisierung
       Personalisierte Medizin und „Off the shelf“ Produkt

© Fraunhofer
Möglichkeiten und Grenzen zellulärer Therapien in der Immunonkologie
Zell- und Gentherapie
                                                                                                  Neue Entwicklungen in
                                              Mulligan
                                              Williams   Rosenberg et                             Vektoren und
                           Rogers and
                            Pfuderer            et al.     al. 1989:                              (Stamm)-Zellbiologie
                              1968:            1981      1st approved
                            1st virus-         1st RV        gene-                                 Gentherapie
                                                gene     marking in
                            mediated
                          gene transfer
                                              therapy      humans                                  Kontrolle schwerer Nebenwirkungen
                                   Horowitz et al.
                                   1975: SCID is                Molineux et                                                              Gaudet et al.
                   Thomas et al.                                                  Giralt et al.     Adverse effects attributed to
                                     1st disease                 al. 1990:                                                                   2012:
                     1959: 1st                                                    1997: Non-           insertional activation/
                                    treated with                  G-CSF                                                                  1st approval
                       BMT                                                          myelo-          retroviral genotoxicity led to
                                      matched                   mobilized                                                                  of a gene
                    (identical                                                     ablative           improved vector design
                                      unrelated                  blood as                                                                therapeutic
                      twins)                                                     conditioning
                                       donor                    source for                                                              (Glybera®) in
                                                                                   regimen
                                        HSCT                       HSCT                                                                     the EU

                    50s 60s          1970s           1980s                    1990s               2000            2009           2010+

                                                                                                                                     2nd generation
                                                                                                                                          trials
                   Erste erfolgreiche Zelltherapie:
                   Autologe und allogene Stammzelltransplantation (SCT)
                   10/2019: > 1 Million (1,5 Millionen) SCT weltweit

© Fraunhofer IZI                                         Grez et al., EMBO Mol Med 2013 & modified
Möglichkeiten und Grenzen zellulärer Therapien in der Immunonkologie
Zeitalter der Zell- und Gentherapie                                                                         Advanced Therapy Medicinal Product (ATMP)

                                                                                                                          Kymriah® (EMA)
                                                                                                     Yescarta® (FDA)
                                                                            Zalmoxis®                                     Yescarta® (EMA)
                                                                                                     Kymriah® (FDA)
                                                                           Strimvelis®
                                                                                                                                                Zolgensma®
   Manipuliertes Gewebe ATMP                                                                                                                     Zynteglo ®
                                                           Imlygic®                                                               Alofisel®
   Somatisches ATMP                                                                               Spherox®
                                                           Holoclar®                                                             Luxturna®
   Gentherapeutisches ATMP

    2009         2010        2011        2012         2013         2014         2015        2016             2017         2018                2019

     Chondrocelect®                                                 Provenge® und MACI®
 (zurückgezogen in 2017)                Glybera®               (zurückgezogen in 2015 und 2018)
                                   (ausgelaufen in 2017)

F. Lordick F, Platzbecker U, Köhl U. Molekulare und zellbasierte Krebstherapie – Quo vadis? Onkologie 2019
Möglichkeiten und Grenzen zellulärer Therapien in der Immunonkologie
Zeitalter der Zell- und Gentherapie                                                                         Advanced Therapy Medicinal Product (ATMP)

                                                                                                                                  Kymriah® (EMA)
                                                                                                    Yescarta® (FDA)
                                                                          Zalmoxis®                                           Yescarta® (EMA)
                                                                                                    Kymriah® (FDA)
                                                                          Strimvelis®
                                                                                                                                                         Zolgensma®
                                                       Imlygic®                                                                          Alofisel®        Zynteglo ®
                                                                                               Spherox®
                                                       Holoclar®                                                                        Luxturna®

    2009         2010        2011        2012        2013        2014         2015       2016                2017             2018                   2019

     zentralisiert                                                              dezentralisiert

                     GMP Facility
                     21 Reinräume                                         UKL
              „A in B“ Sicherheitsstufe S2                                UL                                     CTL019 Trial/        CAR-T-Zellen        CAR-T-Zellen
                 > 130 Mitarbeitende                                                                            Kymriah Europa        Melanom-Studie       erster Patient
                    (IZI Gesamt > 400)                                                                         Pressekonferenz        Miltenyi Biotec,           am UKL
                                                                                                                NOVARTIS und          H. Abken            U. Platzbecker
                                                                                                                 Fraunhofer IZI       U. Köhl                     5/2019
F. Lordick F, Platzbecker U, Köhl U. Molekulare und zellbasierte Krebstherapie – Quo vadis? Onkologie 2019              8/2018
Möglichkeiten und Grenzen zellulärer Therapien in der Immunonkologie
Herstellung von Zell- und Gentherapeutika                                                                         UKL
                                                                                                                  UL

                                                                                                                Partner:
   Prä-klinisch          Herstellung/            „first in man“        Späte Klinische   Routine             Universitäten
                        Prüfung „AMG“                Studien              Studien
                                                                                                               Industrie

  Blut und Knochenmark Stammzellen (inkl. CD34 sel., CD3/CD19 depl., TCR α/ß depl.)

   Antigen-spezifische T-Zellen (CMV, ADV, EBV, multi-virus) Infektionen                                                      Europa-
                                                                                                                              weit
 CD19 CAR T cells (CTL019)

   CD20 CAR-exprim. T-Zellen

  Anti-ROR1 CAR T-Zellen                                                                      Virus-free Sleeping Beauty gene-transfer
                                                             > 450 Zellprodukte/ Jahr           for immunotheray of ROR1+ cancers
                                                                                                      HELMHOLTZ   Universit
  „CAR“ NK-Zellen

  Mesenchymale Stromazellen
                                                                                              EU consortium Mature-NK: 2018-2022:
 CRISPR-Cas9—modif. Stammzellen                                                               Manufacturing tumor reactive CAR NK cells
                                                                                                            Sprecher U. Koehl
  Dendritische Zellen
                                                                                                   EU IMI ImSAVAR 2020-2025
    iPS Makrophagen                                                                                    Safety assessment
                                                                                                           Sprecher: U. Koehl
© Fraunhofer
  iPS Kardiomyoz.
Möglichkeiten und Grenzen zellulärer Therapien in der Immunonkologie
Immunonkologie: Personalisierte Krebstherapie

                Klassische Krebstherapie                            Immunonkologie                       Tumoren kämen häufiger vor,
                                                                                                         wenn sie nicht durchs Immun-
                                                                                                          system unterdrückt würden
                                                                                                              Paul Ehrlich (1909)

                                                                                                   Immunzellen in-vivo
                                                                                                    aktivieren mit
                                                                                                    Immuncheckpointinhibitoren
                                                                                                      (Nobelpreis 2018)
Strahlentherapie            Operation            Chemotherapie          Zell-/Gentherapie
                                                         ±                       +                 Immunzellen ex-vivo
                                                    Stammzell-          Immuncheckpoint-            manipulieren, damit sie
                                                  transplantation          Inhibitoren              spezifisch Krebszellen
                                                                                                    angreifen

   F. Lordick F, Platzbecker U, Köhl U. Molekulare und zellbasierte Krebstherapie – Quo vadis? Onkologie 2019
 © Fraunhofer
Möglichkeiten und Grenzen zellulärer Therapien in der Immunonkologie
Zelltherapien in der Immunonkologie
Anti-Tumor Effekt und Behandlung der GvHD

       Etablierte Therapien                 Frühe klinische Studien
      Stammzelltransplantation                Regulatorische T-Zellen
      Donor Lymphozyten Infusion              Dendritische Zellen

      Antigen-spezifische T-Zellen            CAR NK-Zellen
      Mesenchymale Stromazellen               CAR gamma/delta T-Zellen
                                               CAR NK92 Zellen
      CAR T-Zellen                            …

© Fraunhofer
Möglichkeiten und Grenzen zellulärer Therapien in der Immunonkologie
Arzneimittel für neuartige Therapien (ATMPs)     Advanced Therapy Medicinal Products

  „Substantiell manipulierte Zellen“

  1. Somatische Zelltherapeutika

  2. Gentherapeutika

  3. Biotechnologisch bearbeitetes Gewebeprodukt

  4. Kombinierte ATMPs

   Zulassung und Regulatorische Anforderungen
        Lokale Behörde (Herstellungserlaubnis)
        PEI = Paul Ehrlich Institut (national)
        EMA = European Medicines Agency
        CAT = Committee for Advanced Therapies
© Fraunhofer   Köhl 25.10.2013
Antigen (virus) - spezifische T-Zellen (CTLs)
                                                                                  Post transplantat lymphoproliferative
Patienten nach Stammzelltransplantation (SZT)
                                                                                  disease (PTLD) nach Organ - Tx
                                                                                                     Gesunde Person
                                             1. Jahr nach SZT:
                                       Hohes Risiko für Virusreaktivierung
                                       und Infektion (CMV, EBV, ADV)
       Zellzahl
       [WBC/µl]                 SZT                                                        EBV-infected           EBV-specific
                                                                                             B cells               immunity
                 conditioning                     CTL                    CTL
      5.000
                                                                               Risiko für maligne Transformation in Patienten nach Organ-Tx
                                                         Immun                                                 Immunosuppression
                                                         rekonstitution
                                                                                                 PTLD
             0
                    -10         0      +10      +20       +30      +40

                                       Tage nach SZT
                                                                                             EBV-infected
                                                                                               B cells              EBV-specific
     CMV = Cytomegalovirus, EBV = Epstein Barr Virus, ADV = Adenovirus                                               immunity
  © Fraunhofer
     R = Recipient, D = Donor
                     Köhl 23.03.2017
Herstellung antigen-spezifischer T-Zellen
                                                                                                                                            B. Maecker-Kolhoff B. Eiz-Vesper

                                                   Spender-Register alloCELL                        Inst. Transfusions Medizin, MHH

                        Freigabekriterien:
                                                    Zustimmung von >1600 HLA-typisierten Spendern
                        Antigen-spezif. T-Zellen        CMV, EBV, ADV, HHV6, BKV, WT1, Melan/MART, Aspergillus …
                        im PB > 0.03%

                                                       Herstellungserlaubnis, MHH
                                                       2014      CMV
                                                                 (pp65, first ATMP at MHH)

                                                       2015      EBV, ADV, CMV/ADV

                                                                                                                                      CD8
                                                                 (EBNA1/Consensus, pp65/Hexon)
                                                                                                                cytokine capture
                                                       2015      CMV /EBV/ADV/others                             system (CCS)
                                                                 (pp65/EBNA1/Consensus/Hexon)

                                                       2016      multivirus-specific
                                                                 (pp65+EBNA1+Consensus+Hexon ...)

                                                       2017      + BKV, Aspergillus, tumors
                                                                                                                                                    IFN-γ
                                                    Herstellung: n>150 (Bereich 5x104 - 3x106 IFN-γ+ T-Zellen)

Tischer S et al. J Translational Medicine 2015          Keine schweren Nebenwirkungen in allen Patienten
Priesner C et al. Frontiers Immunol. 2016               ~ 50% Rekrutierung via alloCELL oder verwandte “third party”
EBV-spezifischer T-Zell Transfer von einem “Third Party” Spender bei
einem Patienten mit primärem CNS PTLD

 11-jähriger Junge nach Leber-Tx

 Tacrolimus + MMF

 Diffuses Large B-Zell Lymphom
  CD20+, EBV+

 Systemisch: Rituximab +
  intrathekal Rituximab
  + AraC + MTX + Prednison

 Multiple Applikation EBV-CTLs
  komplette Remission

                                    Schultze-Florey R et al. Frontiers Immunol 2018
R. Handregtinger, P. Lang
    EBV-CTLs: Klinisches Ansprechen bei PTLD                                                            T. Feuchtinger, M. Schumm
                                                                                                               Tübingen/ München

                                                                                Möglichkeiten
                                                                              Weltweit: 100erte Patienten behandelt
                                                                              In vielen Fällen Ansprechen / (Heilung)

                       Icheva et al. JCO 2012
                                                                                 Grenzen
Studie (EU): Treatment of chemo-refractory viral infections after             Anzahl CTLs nicht immer ausreichend
allogeneic SCT with multispecific T cells against CMV, EBV, AdV
                                                                              Epitope switch, Immunsuppressive Therapie …
A phase      III, prospective, multicentre clinical trial (T. Feuchtinger)
  © Fraunhofer
Mesenchymale Stromazellen zur GvHD Behandlung
    Weltweit > 580 Studien (ClinicalTrials.gov)
    Bei vielen Patienten große Behandlungserfolge
    …aber auch Gegendarstellungen                                                           GvHD Grad VI
                                                                                    zur Verfügung gestellt von Dr. J. Gratama
     bisher fehlen große randomisierte Studien
    Herstellung: Bisher meist manuell
    ISCT Richtlinien zur Qualitätskontrolle
     Phenotype: Positive (≥ 95%): CD105, CD73, CD90; Negative (≤ 2%): CD45, CD34,
     CD14 or CD11b, CD19 or CD79α, HLA-DR - Differenzierung

    Obnitix (gepoolte MSC-Bank) Firma medac
                                                                                    Adipocytes     Osteoblasts   Chondroblasts
     Übertragung der §4b Genehmigung (FFM) auf medac 12/2017
     - 26 Transplantationskliniken
     - bisher 113 Patienten behandelt
© Fraunhofer
Übersicht                                                          NK-Zellen
                                                                                Transduktion

     Zell- und Gentherapie in der Immunonkologie                  T-Zellen

       Entwicklung der letzten 10 Jahre „and beyond“
       Beispiele (Möglichkeiten und Grenzen)
        - Antigen-spezifische T-Zellen
        - Mesenchymale Stromazellen                                   Krebs-
                                                                       zelle

     CAR exprimierende Effektor-Zellen                                           CD19

       Möglichkeiten und Grenzen der CAR T-Zellen
                                                                                  CAR
                                                                                  anti-CD19
                                                                                  anti-CD20
       Herstellung: Manuell – Automatisierung – Digitalisierung                   anti-GD2
                                                                                  anti-ErbB2
       Personalisierte Medizin und „Off the shelf“ Produkt           T-Zelle    anti-CD123
                                                                                 anti-CD44v6

© Fraunhofer
CAR-exprimierende Effektor Zellen - Mechanismus

                                                                                         transduction
                        • MHC independent                      effector          +
          cancer                                                 cell
                        • of high affinity / specificity
            cell
                        • not requiring co-receptors

                                                                                     CAR scFv
                                                                                     IgG1 CH2-CH3 hinge

                                                                                       CD8 Transmembran
                                                                                           Domäne
                                                                                CD28
                          activation of effector cells
                                                                               4-1BB         (OX-40)

         effector                                                              CD3ζ
                          specific attack and
            cell
                          killing of cancer cells                         effector
                                                                             cell

CAR expressing T cell                                      Second/ third generation CAR                   Adopted from: Hombach et al.,
                                                           scFv = single chain Fv antibody                Curr. Mol. Med. 13, 1079-1088 (2013)
CAR expressing NK cell

 © Fraunhofer IZI
Klinische „CAR“ T-Zellen Studien
Number of Clinical studies

                                      Ongoing CAR T cell studies
                                      Started CAR T cell studies

                                                                                          Pädiatrische r/r ALL – ELIANA

                                                Hartman J ,et al. EMBO Mol Med, 8, 2017

                              > 500 (1000) klinische Studien (10/2019)
                              Nur 10% der Studien in Europa
                              Große Erfolge bei CD19+ hämatologischen
                               Erkrankungen (ALL, DLBCL)
                              Gravierende Nebenwirkungen (CRS, Neurotoxizität …)         Maude SL et al. New Engl J Med 2018

                             © Fraunhofer IZI   Clinicaltrials.gov
Klinische Ergebnisse CAR-T-Zell-Studien (Hämatologie)
 Klinisches Outcome (n>300)                                                    Klinisches Outcome (n=80)
    gerichtet gegen CD19
                                                                               Leukämien &
                                                                               Lymphome

                                                                 Leukämien &
                                                                 Lymphome                                            CLL
                                                                                             Multiples
                                                                                             Myelom

                                                                                                         Multiples
                                                                                                         Myelom

                                                               Erfolgreiche Ergebnisse bei ALL, Lymphomen
  Grün = Komplette oder partielle Remission
                                                               Aber nicht bei allen hämatologischen Erkrankungen

                    Hartman J , Schüßler-Lenz M, Bondanza A, Buchholz CJ. EMBO Mol Med, 8, 2017;
© Fraunhofer
                                           doi: 10.15252/emmm.201607485
Klinische Ergebnisse CAR-T-Zell-Studien (Onkologie)
                                         Klinisches Outcome

                                                                                                         Essentiell:

                                                                                                         Suche nach
                                                                                                         neuen
                                                                                                         Zielantigenen!

                                                                                                         Bisher mäßig
                                                                                                         erfolgreich

                Brustkrebs, Glioblastom, Neuroblastom, Prostatakrebs ….
                Sehr wenige komplette oder partielle Remissionen! Noch kein Durchbruch bei Tumoren

                          Hartman J , Schüßler-Lenz M, Bondanza A, Buchholz CJ. EMBO Mol Med, 8, 2017;
© Fraunhofer
                                                 doi: 10.15252/emmm.201607485
Von Leukämien zur Tumoren: Herausforderungen
      Tumor-spezifische Targets und bi-spezifische CARs
                                                                                  Krebs
      Kombinationstherapien     → Überwinden Tumor-Immune-Escape         PD-L1   Zelle

      CAR-T-Zellen vor Stammzelltransplantation                                       CAR

        „Bridge to transplantation“ z.B. AML, Neuroblastom …       Immun-        CAR-T-
                                                                    checkpoint-    Zelle
                                                                    Inhibitor

    Technische Entwicklung – Kostensenkung – viele Patienten
       Andere Vektorformate, nicht virale Strategien
       Prozessoptimierung, Automatisierung,
        modulare Prozessanlagen – digitale Steuerung
       Allogene „off the shelf“ Präparate

© Fraunhofer
Manuelle Herstellung autologer CAR-T-Zellen: Komplex                                                                                        Klinisches
                                                                                                                                                Team
                                                                                        Ernte,
                     Selektion der    Transduktion   Vektor
 Apherese +                                                                             Beads          Kryokon-     Qualitäts-   Transport
                     T- Zellen mit    mit            auswaschen,      Expansion
                                                                                        Entfernung,    servierung   kontrolle    zur
 Kryokon-            mAb-gecoatete    Lentiviralem                    im
                     magentische                     Expansion in     Bioreaktor                       Endprodukt   Freigabe     Klinik
 servierung                                                                             Waschen,
                     Beads            Vektor         Beuteln                            Formulierung
                                                                                                                                                Patient

                                                                                   Limitationen:
                                                                                  Zeitaufwendig, manuell, kostenintensiv

                                                                                  Vorbehandelte Patienten → Herstellungsprobleme

                                                                                  Rezidiv durch transduzierten leukämischen
                                                                                   Klon im Produkt (Ruella M, Nature Medicine 2018)

                                                                                  CAR-T-Zellen für Tumorpatienten
                                                                                   (>1-2 Zehnerpotenzen mehr Produkte) erfordert
Herstellung autologer CAR T-Zellen gut etabliert – meistens hohe Qualität
Bisher: > 150 CAR T-Zellpräparate; Pressekonferenz IZI-Novartis 10/2019
                                                                                   parallele Durchführung multipler Prozesse
Film manufacturing:
https://www.izi.fraunhofer.de/content/dam/izi/de/Videos/Beitrag_CAR_T_Extern_2018.mp4

   © Fraunhofer   Koop. Fraunhofer IZI –                       Kymriah®                 CAR-T-Zellen: > ¼ Mill €/ Produkt
Aufwendige und komplexe Qualitätskontrolle (QK)
                             In-Prozess und Endprodukt Kontrollen

 Leuka-                                                 Trans-                  CAR      Formulierung      Auftauen
             Selektion   Beads   T-Zellen   Aktivier.   duktion
                                                                  Expansion              Krykonservier.
pherese                                                                       T-Zellen                    Applikation

 Aussehen                         Unreinheit                      Limitationen:

 Anzahl                           Sterilität                     QK nicht harmonisiert

                                                                   Patientenselektion zur
 Identität                        Mykoplasmen                     Leukapherese unklar
                                                                     (Zellzahl? T-Zellen? ..?)
 Reinheit                         Endotoxine
                                                                   Fehlende Surrogatmarker
 Funktionalität                   …                               zur Vorhersage des
                                                                    Herstellungsprozesses

 © Fraunhofer IZI
Automatische CAR-T-Zell-Herstellung
                  Herstellung von CAR T-Zellen
     Hands on          Schritt     bei      Schritt   Zeitaufwendig

      Tag 0                      Automatisierung              Tag 12

                                                                                   Human Gene Therapy, Vol 29, No 5, 2018
               Optimierung

                                                                                      Multizentrische Studie (BMBF):
                                                                                       Rezidivierendes Melanom Stage III/IV
                                                                                        Koop.:Miltenyi Biotec (Sponser)
                                                                                         H. Abken (Forschung)/ U. Köhl (Herstellung)
                                                                                        Klinische Studie „3+3“ Design
                                                                                         Studienzentren: Köln/ München/ Leipzig (J. Simon)
                                                                                        Bisher: 3 Patienten behandelt

                                                                                   CD20 CAR-T Lymphom-Studie/ Leipzig (U. Platzbecker)

© Fraunhofer         Priesner C … Koehl U. HGT 2016      Aleksandrova K … Koehl U. Transfusion Medicine and Hemotherapy 2019
Automatische Herstellung: Zelluläre Zusammensetzung
                         Granulos
                 Monos                                                   Flowzytometrie Tag12
 Apherese                                       CD4
                  NK Other CD3

                                                              Anti-CAR
                         WBC                    CD8
                  CD20

 CD4/CD8

                                                                                                                     repeat copy number/
                                                                             CD3                         CD45                              Teleomerlänge
selektierte

                                                                                                                     ingle gene copy
                               CD3
  Zellen                                                                      (gate CD3+)                (gate
                                                                                                       CD3+CAR+)

                                                              CD8
   Tag 12                    CD3
   Ernte                                                                 ------------------CD4----------------

                                                       Endprodukt: Reine T-Zellpopulation mit CD4+ und CD8+
                                                        Zellen; aber: Unterschiede in der Seneszenz

  © Fraunhofer
                                Aleksandrova K … Koehl U. Transfusion Medicine and Hemotherapy 2019, Vol.46, No. 1
Automatische Herstellung: Expansion und Transduktion

                       Expansion der T-                                                                  Transduktionseffizienz
                       Zellen

                                                                           CD4
                                                                     CD3
                                                                           CD8

                    Homogene Expansionsrate (Median: 6x10e9 Gesamt T-Zellen)

                    Erfolgreiche Transduktionseffizienz
                         © University Cancer Center Leipzig (UCCL)

© Fraunhofer IZI
                                Aleksandrova K … Koehl U. Transfusion Medicine and Hemotherapy 2019, Vol.46, No. 1
Modulare Prozessanlagen und digitale Prozesssteuerung
                     Schritt 1           Schritt 2         Schritt 3       Schritt 4     Schritt x       ….   Schritt y
Prozess

                     A               B           C                     D           E                 F                    G   ……   Z
Geräte
Marktanalyse
Herstellung

Produkte           Prozessstraße * Schnittstellenautomatisierung                                                                Digitale
                         C       E        M          …..                               Prozessstraße 1                         Steuerung
CAR T-Zellen I
                                                                                       Prozessstraße 2
                         P       K        …
CAR T-Zellen II                                                                        Prozessstraße 3
                         B       L        F          R           …
iPS-Kardiomyoyzten                                                                               …

CAR NK-Zellen                                                                          Prozessstraße x

© Fraunhofer      Analoge Umsetzung für (i) Herstellung und (ii) Qualitäts-/ in-Prozess Kontrollen
Personalisierte Medizin oder „off the shelf“ Spender-Zellen

                                                                               Genetische Manipulation
                                          Spender

 T-Zellen
 NK-Zellen
                                            Patient
 gamma-delta
 T-Zellen

 iPS
 ….

        Allogene CAR T-Zellen z.B. “universal TALEN gene-edited CAR T cells” Qasim W et al. SciTranslMed.2017
        Allogene Effektor-Zellen (NK-Zellen, gamma/delta T-Zellen ….)
        iPS-abgeleitete Effektor-Zellen, Zelllinien
Allogene „off the shelf“ NK-Zellen zur Immuntherapie                                                                                                 Koop.: J. Passweg
                                                                                                                            NK-DLI = NK-Zell Donor Lymphozyten Infusion

                Allogene NK-Zellen (NK-DLI) nach haploidenter SZT (Clin Gov: NCT 01386619)
                                Hochrisikopatienten mit Leukämien und Tumoren

                       Leukapherese                                 GMP                                GMP

   Spender
                                     NK-Zell-Aufreinigung                       IL-2 Expansion
    Eltern                                  (CD56-Sel./CD3-Depl.)                    (1000 U/ml)
                                                                                                                        NK-Zell-Applikation

                     Haploidente
                   Stammzelltrans-
                      plantation                 1. NK-Zell                 2. NK-Zell                  3. NK-Zell
                         (SZT)                  Applikation                Applikation                 Applikation

                CD34 sel./ CD3/CD19 depl.

                            0                       (+3)                       +40                        +100       [Tage nach SZT]

Koehl U. et al. BCMD 2004        Koehl U. et al. KlinPad 2005       Koehl U. et al. Front Oncol 2013   Brehm C et al. PlosOne 2011          Stern M. et al..BMT 2013
Allogene „off the shelf“ NK-Zellen zur Immuntherapie                                                                                                    Koop.: J. Passweg
                                                                                                                               NK-DLI = NK-Zell Donor Lymphozyten Infusion

                    Allogene NK-Zellen (NK-DLI) nach haploidenter SZT (Clin Gov: NCT 01386619)
                                    Hochrisikopatienten mit Leukämien und Tumoren

                         Leukapherese                                  GMP                                GMP

      Spender
                                        NK-Zell-Aufreinigung                       IL-2 Expansion
        Eltern                                 (CD56-Sel./CD3-Depl.)                    (1000 U/ml)
                                                                                                                           NK-Zell-Applikation

         Möglichkeiten
    Alle Patienten  (n=25) Therapie gut vertragen
                Haploidente
                      Stammzelltrans-
    Primäres Ziel >10x106 CD56
                plantation
                                        +CD3-/kg KW: 41/49
                                    1. NK-Zell          2. NK-Zell                                         3. NK-Zell
    Keine GvHD (graft versus host disease) wenn T-Zellen < 50x103/kg
                  (SZT)            Applikation         Applikation                                        Applikation

                   CD34 sel./ CD3/CD19 depl.

        Grenzen
    Tumor Immun-Escape
                 0      Mechanismen
                            (+3)    (MICA, TGFβ)
                                            +40                                                              +100       [Tage nach SZT]

           Pat.: Neuroblastom (NB): n=4; Plattenepithelkarzinom (n=67; monitoring)
© Fraunhofer IZI
 Koehl U. et al. BCMD 2004         Koehl U. et al. KlinPad 2005        Koehl U. et al. Front Oncol 2013   Brehm C et al. PlosOne 2011          Stern M. et al..BMT 2013
Klinische Studien mit CAR eprimierenden NK-Zellen

                      CAR:                                                                                                                     7/9 Patienten CR/PR
K. Rezvani            CD19-CD28-zeta-                                                                                                          Kein CRS
                      2A-iCasp9-IL15
                                                                                                                                               (EBMT 03/2019)

                                        NCT03579927   CD19        Lymphoma             Cord blood   I/II     not yet     MD Anderson
                                                                   and leukaemia        NK cells           recruiting    Houston, USA
                  CCCR: Chimeric
   © Fraunhofer IZI                     NCT03656705   CCCR       Non-small Cell Lung     NK92         I    recruiting   Hospital of Xinxiang
                  Costimulatory
                                                                                                                           Henan, China
                  Converting Receptor        Kloess S … Koehl U. Transfusion Medicine and Hemotherapy 2019
CAR-NK-Zellen gerichtet gegen CD19
                                                                                                                  S. Kloess

                                                                                                        MOI1

                Alpha SIN vector                       dNK cells      CD19-CAR-dNK cells   CD19-CAR-dNK cells
                                                       vs. BV173          vs. BV173        vs. BV173+CD19mAB
                Transduction of mature
           primary human dNK cells feasible                                                            blocking
                   Mock           alpha
   EGFP

                          FSC-H
EGFP [%]

                                                 dNK cells : CD19+ BV173 incubation time [h]; E:T ratio: 5:1
                           MOI
© Fraunhofer IZI
                                              Suerth J et al. J Mol Med August 2015
CAR NK-Zellen zum Überwinden von TIEMs?
Zytotoxizität: „CAR NK“ vs. CD123+ AML
                                               (Patientenzellen)

                                                                                                                                                                                                                                Kontrolle
                              100
                                        Mock           EGFP               CD123 CAR/  CD123 CAR/                        CAR                                                                                                Kontrolle
                                                                            EGFP     EGFP + anti-CD123                  NK
    C y to to x ic ity [% ]

                               75

                               50

                               25                                                                                      CD123+
                                                                                                                        AML
                                0
                                    5     24       5         24            5    24     5        24

                                                               tim e [ h ]

              Nebenwirkungen: “CAR NK” vs. HLMVEC (E/T: 1:1)
                                                                                                                                                                                   d N K c e ll e x p a n s io n

                              100                                                                                                                                   100                  NK-
                                        Mock                 EGFP               CD123CAR/EGFP                                                                        80
                                                                                                                                                                                      Expansion
                               75
                                                                                                                                                                                      Prodigy®
  C y to to x ic ity [% ]

                                                                                                                                                                     60
                               50

                                                                                                                                       x - fo ld e x p a n s io n
                                                                                                                                                                     40
                               25

                               20                                                                                                                                    20

                               10
                                                                                                                                                                    1 .5

                                0                                                                                                                                   1 .0                                           IL -2
                                    5      24           5             24         5         24                                                                                                                      fe e d e r c e lls + IL -2
                                                                                                                                                                    0 .5
                                                                                                                                                                                                                   fe e d e r c e lls + IL -2 1 /-2

              © Fraunhofer IZI                              tim e [ h ]                                                                                             0 .0
                                                                                                                                                                           0   2     4        6        8       10          12         14

Coop MHH: M. Morgan, A. Schambach, M. Heuser                                                         Kloess S et al. HGT 2017 + 2019                                                  D a y s in c u ltu r e
Zusammenfassung

 Zeitalter der Zell- Gentherapie: Immunonkologie und Regenerative
  Medizin – Beispiele (MSCs, CTLs, CAR T-Zellen …)

 Klinische CAR T-Zell-Studien (weltweit >500 laufende) wichtiger
  Bestandteil der Krebsbehandlung (Immunonkologie 4. Säule);
  Umsetzung für verschiedenen Tumore steht noch aus

 Optimierung der Herstellung: Manuell zur Automatisierung,
  Prozessverkürzung, Optimierung des Vektorformats …

 Von autologen Produkten zu allogenen „off the shelf“ CAR Effektor
  Zellen

© Fraunhofer
ulrike.koehl@izi.fraunhofer.de                           Kantons-Spital Basel, CH
                  www.mh-hannover.de/zelltherapeutika.html            J. Passweg        M. Stern         C. Kalberer
                           www.izi.fraunhofer.de
                                                                      Experimental Haematology, MHH, D
                         Fraunhofer IZI, Leipzig, D
                                                                   A. Schambach       M. Morgan     H. Büning T. Moritz
               G. Schmiedeknecht           S. Ulbert
               K. Kebbel                   F. Horn
               J. Lehmann                  T. Grunwald
                                                                       Tumorimmunology, Regensburg, D
               S. Mitzner                  U. Demuth                                   H. Abken
               S. Fricke                   S. Klöss
                                                                      University Cancer Center Leipzig, D
               Clinical Immunology, University Leipzig, D            U. Platzbecker        F. Lordick        U. Hacker
               U. Sack                     A. Boldt

          Inst. Cellular Therapeutics, MHH Hannover, D                   Transfusion Medicine, Leipzig, D
               R. Esser                    L. Arseniev                                R. Henschler
               W. Glienke                  K. Aleksandrova
               J. Leise                    C. Priesner                  BSD Hessen/BW und BSD Ost, D
                                                                    E. Seifried         C. Seidl             T. Tonn
                    University Hospital, Würzburg, D
               M. Hudecek                      H. Einsele              Pediatric Hematol/ Oncol., MHH, D
                                                                     C. Kratz         M Sauer        B Maecker-Kolhoff
                   Georg Speyer House Frankfurt, D
                                W. Wels                                   Transfusion Medicine, MHH, D
                                                                                              .
                                                                     R. Blasczyk      L. Goudeva        B. Eiz-Vesper
                Pediatric Hematol/ Oncol., Frankfurt, D
           T. Klingebiel    D. Schwabe    P. Bader    S. Hünecke
                                                                         Haematol. /Oncol./ SCT, MHH, D
© Fraunhofer
                                                                   A. Ganser      M. Heuser        M. Eder    C. Könecke
Netzwerk für
                         personalisierte Medizin

                                                    Harmonisierung

           …Danke fürs
           Zuhören          Zell- und Gentherapie
                             Immunonkologie und
                            Regenerative Medizin

© Fraunhofer
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