Projekt

Behandlung von Infektionen bei Stammzelltransplantationen mit seronegativen Spendern durch adoptiven T-Zell-Transfer

Kurzbeschreibung

Bei Patienten, die krankheitsbedingt auf eine hämatopoetische Stammzelltransplantation (HSZT) eines Spenders angewiesen sind, wird das körpereigene Immunsystem – zumindest zeitweise – unterdrückt. Die Folge: Sie verlieren vorübergehend die T-Zell-Immunität gegenüber verschiedenen Virusinfektionen (z. B. Cytomegalievirus (CMV), Epstein-Barr-Virus (EBV) oder Adenovirus (AdV)), die weitverbreitet und normalerweise harmlos sind. Für diese Patientengruppe ist dies eine der Hauptursachen für infektionsbedingte Todesfälle. Virusspezifische T-Zellen von seropositiven HSZT-Spendern (d. h. gesunden Spendern, die sich mit dem jeweiligen Erreger bereits auseinandergesetzt haben) auf immunsupprimierte Patienten zu übertragen, erwies sich als wirksame Behandlungsstrategie.
Bei seronegativen Spendern sind die Möglichkeiten dieser sogenannten „adoptiven T-Zell-Therapie“ begrenzt. Daher ist unser Ziel, virusspezifische T-Zell-Rezeptoren (TZR) von gesunden Spendern oder von solchen Patienten zu identifizieren, die erfolgreich auf den Transfer Erreger-spezifischer T-Zellen von seropositiven Spendern angesprochen haben. Diese T-Zell-Rezeptoren bringen wir nachfolgend mittels neuer genetischer Verfahren („Genschere“ CRISPR/Cas9) in den natürlichen TZR-Lokus von patienteneigenen T-Zellen, genauer gesagt in zentrale T-Gedächtniszellen ein. Spender-T-Zellen werden also umprogrammiert, um fehlende schützende Immunreaktionen gegen die entsprechenden Infektionen zu ersetzen. So sollen die derzeitigen Behandlungsoptionen für Patienten mit infektiösen Komplikationen bei der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation (aHSZT) auf Patienten mit seronegativem Spender ausgeweitet werden. Darüber hinaus ebnet dieses Projekt den Weg für verschiedene weitere Therapie-Ansätze unter Verwendung von CRISPR/Cas9-vermittelten gentechnisch veränderten T-Zellen.

Die allogene Stammzelltransplantation (aHSZT) und Organtransplantationen (Solid Organ Transplantations, SOTs) sind auf Heilung ausgerichtete Behandlungen für eine Vielzahl von Erkrankungen. Virusinfektionen wie Cytomegalievirus (CMV), Epstein-Barr-Virus (EBV) oder Adenovirus (AdV) stellen für diese Patienten allerdings ein großes ungelöstes Problem dar. Diese Virusinfektionen verursachen lebensbedrohliche Zustände wegen mangelhafter körpereigener T-Zell-Antwort nach der Transplantation oder limitieren die Funktion bzw. Lebensdauer des Transplantats. Die schützende T-Zell-Immunität könnte durch eine sogenannte adoptive T-Zell-Übertragung wiederhergestellt werden. Wir und andere Forscher haben in den letzten Jahren gezeigt, dass seropositive Patienten erfolgreich mit T-Gedächtniszellen (insbesondere mit sogenannten ‚zentralen‘ T-Gedächtniszellen) behandelt werden können, die aus seropositivem Spenderblut mit hoher Reinheit isoliert werden können. Im Falle eines seronegativen Spenders ist dies nicht möglich. Patienten mit einer hämatopoetischen Stammzelltransplantation von einem seronegativen Spender weisen jedoch das höchste Risiko einer virusbedingten Mortalität auf. Diese Einschränkung könnte durch genetische Modifikation von T-Zellen ("Genetic T cell engineering") überwunden werden. Dazu werden T-Zellen des Spenders durch rekombinante Expression eines T-Zell-Rezeptors mit hoher Affinität zu einem Epitop des jeweiligen Erregers umgeleitet. Erste klinische Studien mit rekombinanten TZR- oder CAR-(chimärer Antigenrezeptor)-modifizierten Zellprodukten wurden an Krebspatienten durchgeführt und die ersten modifizierten Zellprodukte wurden jüngst von der amerikanischen Zulassungsbehörde Food and Drug Administration (FDA) zugelassen; für eine breitere Anwendung dieser Strategie sind allerdings noch viele Hürden zu nehmen.

Im Labor des Klinikums der Universität München

© Klinikum der Universität München

Wir haben damit begonnen, AdV-, CMV- und EBV-Epitop-spezifische T-Zellen aus Patienten zu isolieren, die auf eine adoptive T-Zelltherapie (z. B. mit MHC-Streptamer-aufgereinigten Virus-spezifischen T-Zellen) ansprachen. In den nächsten Schritten werden diese klinisch protektiven AdV-, CMV- und EBV-Epitop-spezifischen TZRs sequenziert und dann nach in-vitro-Expression funktionell charakterisiert. Um potenziell schädliche TZR-Fehlpaarungen mit den bereits vorhandenen (endogenen) TZRs auf den Spender-T-Zellen zu vermeiden, wird die rekombinante TZR-Integration mit der Eliminierung („knock-out“‘) des endogenen TZR kombiniert. Derzeit wird die klinische T-Zell-Modifikation in der Regel durch retro- oder lentivirale Transduktion erreicht, was zu Einschränkungen bei der schnellen, sicheren und flexibleren Generierung von klinisch einsetzbaren Chargen führt. Virusfreie Methoden, wie die Transposon-basierte Integration von transfizierten Plasmiden (z. B. mittels „sleeping beauty“ (SB)) oder CRISPR/Cas9-vermittelter TZR-Knock-in) stellen attraktive neue Strategien dar. Erste veröffentlichte Daten und eigene Erfahrungen zeigen, dass rekombinante TZR-exprimierende T-Zellen mit virusfreien Methoden erfolgreich generiert werden können. Unsere kürzlich veröffentlichten Daten zeigen auch, dass selbst sehr kleine Mengen adoptiv transferierter virusspezifischer T-Zellen für eine hochwirksame Behandlung ausreichen können. Diese hohe Rekonstitutionseffizienz ist abhängig von der Art der transferierten T-Zellen und liegt z. B.  bei T-Zellen mit einem zentralen Gedächtniszell-Phänotyp (CD45RO+, CD62L+) vor. Da schwer vorhersehbare „Off-Target-Toxizitäten“ eine wesentliche Komplikation der adoptiven Zelltherapie darstellt, gewinnt die Entwicklung von Schutzstrategien, die z. B. eine spezifische Eliminierung oder Inaktivierung von transferierten T-Zellen in vivo ermöglichen, zunehmend an Bedeutung. Eine vielversprechende Strategie ist die Co-Surface-Expression einer verkürzten Version von EGFR (tEGFR) zusammen mit dem rekombinanten Rezeptor; wir veröffentlichten kürzlich, dass dieser Ansatz die Antikörper-vermittelte-in-vivo-Depletion, also die Entfernung von modifizierten T-Zellen aus dem Körper, durch Cetuximab/Erbitux ermöglicht. Basierend auf diesen vielversprechenden Daten beabsichtigen wir, das tEGFR-System auch in die Modifizierung von virusspezifischen T-Zellen einzuführen.

Mittelfristiges Ziel dieses Projekts ist die Initiierung einer klinischen Phase-I/II-Studie, die zunächst aHSZT-Empfänger einschließen wird, aber auch auf seronegative Empfänger von Organtransplantaten ausgeweitet werden könnte. Darüber hinaus ist der therapeutische Ansatz nicht auf eine bestimmte Infektion beschränkt und kann auf andere Erreger oder Erkrankungen (z. B. Neoplasien) übertragen werden.