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CAR-NK-Zellen in der Immunonkologie

Ergänzung und Alternative zu CAR-T-Zellen?

Onkologie
(0,00)
Jatros
28. November 2019
Autor:
Andrea Quaiser

Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie (IZI)<br> Leipzig<br> E-Mail: andrea.quaiser@izi.fraunhofer.de

Autor:
Prof. Ulrike Köhl

Universität Leipzig und Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie<br> Leipzig<br> Institut für Zelltherapeutika<br> Medizinische Hochschule Hannover<br> E-Mail: ulrike.koehl@izi.fraunhofer.de

<p class="article-intro">Die weltweiten Erfolge in der Immunonkologie mit autologen CAR(chimärer Antigen- Rezeptor)-T-Zellen verlangen aufgrund einiger Limitationen nach Optimierungen und alternativen Therapieoptionen. Allogene, gerichtete CAR-exprimierende NK-Zellen als „Off the shelf“-Therapie in der Behandlung maligner Erkrankungen könnten diese Möglichkeit bieten und werden derzeit in ersten Studien getestet.</p> <p class="article-content"><div id="keypoints"> <h2>Keypoints</h2> <ul> <li>Allogene CAR-NK-Zellen k&ouml;nnen eine Option f&uuml;r stark vorbehandelte Patienten im fortgeschrittenen Krankheitsstadium sein, wenn CAR-T-Zellen nicht zur Verf&uuml;gung stehen.</li> <li>Die Kombination von CAR-NK-Zellen und Immuncheckpoint- Inhibitoren sollte Gegenstand der Forschung werden.</li> <li>Welche Rolle CAR-NK-Zellen spielen werden, m&uuml;ssen gro&szlig;e klinische Studien zeigen.</li> </ul> </div> <p>Nat&uuml;rliche Killerzellen (NK-Zellen) machen 8 bis 15 % der Lymphozyten aus und sind als Teil des angeborenen Immunsystems f&uuml;r die Abwehr von virusinfizierten und entarteten Zellen essenziell.<br />Die Erkennung und die Zerst&ouml;rung von Targets laufen unabh&auml;ngig von einer MHC-I( major histocompatibility complex)-Restriktion ab. Zellen, welche keine oder nur wenige MHC-I-Molek&uuml;le auf ihrer Zellmembran exprimieren, werden entsprechend eliminiert.<sup>1</sup> NK-Zellen verf&uuml;gen &uuml;ber verschiedene inhibierende und aktivierende Rezeptoren (Killerzell-Immunglobulin- like Rezeptoren [KIR], Natural Cytotoxicity-Rezeptoren [NCR]), &uuml;ber welche die Steuerung der Zytotoxizit&auml;t und Zytokinaussch&uuml;ttung kontrolliert werden kann.<sup>2, 3</sup><br /> Nach der klassischen Self-Hypothese kommt es zu einer NK-Zell-Attacke, wenn die inhibitorischen KIRs auf der NK-Zelle nicht die entsprechenden KIR-Liganden (klassische MHC-I-Molek&uuml;le) auf der Zielzelle finden, sogenanntes KIR-Mismatch. <sup>4</sup> Des Weiteren sind sie in der Lage &uuml;ber eine antik&ouml;rperabh&auml;ngige zellvermittelte Toxizit&auml;t (ADCC) mittels Aussch&uuml;ttung von Perforinen und Granzymen Zielzellen effizient zu vernichten. Besonders nach HLA-nicht-identischer (haploidenter) Stammzelltransplantation konnten klinisch signifikante NK-Zellvermittelte antileuk&auml;mische Effekte nachgewiesen werden, die mit einer niedrigeren Rezidivrate bei der akuten myeloischen Leuk&auml;mie (AML) verbunden waren, wenn Patient und Spender eine KIR-Liganden-Inkompatibilit&auml;t der NKZellen aufwiesen.<sup>5&ndash;7</sup></p> <h2>Klinische Studien mit allogenen NK-Zellen</h2> <p>Die Pionierarbeiten von Rosenberg et al. mit der Applikation autologer, lymphokin- aktivierter Killerzellen in Kombination mit Interleukin 2 (IL-2) bei Krebspatienten und die mehr als 30 Jahre Erfahrungen in der allogenen und haploidenten Stammzelltransplantation (SZT) haben vor &uuml;ber 15 Jahren zur Initiierung klinischer Studien mit allogenen Spender-NK-Zellen gef&uuml;hrt. Inzwischen wurden damit weit mehr als 200 Patienten behandelt.<sup>8</sup> Im Gegensatz zur Immunintervention mit T-Zellen nach SZT, die mit einem hohen Risiko f&uuml;r die Graft-versus-Host-Erkrankung (GvHD) verbunden ist, f&uuml;hrt die Applikation von Spender-NK-Zellen zu keiner oder nur geringer GvHD.<sup>9, 10</sup> Diese &bdquo;Off the shelf&ldquo;- Therapien mit allogenen, aufgereinigten und expandierten NK-Zellen konnten erfolgreich mit und ohne SZT eingesetzt werden.<sup>11&ndash;13</sup><br /> Mit dem Ziel, hohe Zellzahlen zu applizieren, wurden die NK-Zellen zun&auml;chst mithilfe von IL-2 in vitro oder in vivo expandiert und stimuliert. Dies f&uuml;hrte allerdings zum Antriggern regulatorischer T-Zellen und in einigen wenigen F&auml;llen zu Nebenwirkungen wie dem vaskul&auml;ren Leak-Syndrom (VLS). Im Weiteren gibt es erfolgversprechende Ans&auml;tze mit den Zytokinen IL-15, IL-18 und IL- 21.<sup>14</sup> Klinisch kam es trotz Steigerung NK-Zell-vermittelter Zytotoxizit&auml;t durch &bdquo;tumor immune escape mechanisms&ldquo; (TIEMs) zu erheblicher Inhibition der NK-Zell-Aktivit&auml;t.</p> <h2>&Uuml;berwindung der &bdquo;tumor immune escape mechanisms&ldquo;</h2> <p>Krebszellen sind in der Lage, sich dem Immunsystem durch &bdquo;immune escape mechanisms&ldquo; zu entziehen. Zu diesen zahlreichen inhibierenden Effekten geh&ouml;ren unter anderem die Reduzierung der MHC-Expression, die Sezernierung von immunsupprimierenden Zytokinen, etwa TGF-beta, oder das Abwerfen von Antigenen der Zelloberfl&auml;che. In unserer klinischen Phase-I/II-Studie konnten wir zum Beispiel nach haploidenter SZT mit adaptivem NK-Zell-Transfer bei Patienten mit Neuroblastom das Shedding der humanen Stressliganden MICA/B nachweisen, was zur Blockierung des NKG2DRezeptors auf den NK-Zellen f&uuml;hrte und damit unmittelbar zu einer verminderten lytischen Aktivit&auml;t gegen&uuml;ber den Zielzellen. <sup>15</sup></p> <p>Eine der wichtigsten Aufgaben, insbesondere bei der Behandlung von Tumoren, wird daher in der Entwicklung von Strategien liegen, die Abwehrmechanismen des Tumors zu &uuml;berwinden und das Tumormikromilieu zu durchbrechen. Zum einen werden Ans&auml;tze verfolgt, inhibierende Rezeptoren auf den NK-Zellen zu blockieren oder die Wirkung aktivierender Rezeptoren zu steigern. Hierbei spielt der zielgerichtete Einsatz therapeutischer Antik&ouml;rper wie der Immuncheckpoint- Inhibitoren eine wichtige Rolle. Pr&auml;klinisch und zum Teil in ersten klinischen Studien werden die inhibierenden Rezeptoren KIRs, NKG2A, PD-1, TIM3, CD96, TIGIT als neue m&ouml;gliche Targets untersucht.<sup>16</sup><br />Neben diesen zielgerichteten, molekularen Ans&auml;tzen zum &Uuml;berwinden der TIEMs wird versucht, die Effektivit&auml;t von NK-Zellen durch genetische Modifikation mit einem chim&auml;ren Antigen-Rezeptor (CAR) zur &bdquo;CAR-NK-Zelle&ldquo; zu steigern.</p> <h2>Erste klinische CAR-NK-Zell-Studien</h2> <p>Durch gro&szlig;e Erfolge in der Immunonkologie mit CAR-exprimierenden T-Zellen bei der Behandlung von diffus gro&szlig;zelligen B-Zell-Lymphomen (DLBCL) und bei der CD19-positiven akuten lymphatischen B-Zell-Leuk&auml;mie (B-ALL) erfolgte 2017 und 2018 die Marktzulassung von zwei CD19-spezifischen CAR-T-Zell-Therapien in den USA und der EU. Im Vergleich zu den derzeit mehr als 500 klinischen CAR-T-Zell-Studien bei verschiedenen h&auml;matologischen Erkrankungen und soliden Tumoren ( https://clinicaltrials.gov) gibt es bisher nur wenige CAR-NK-Zell-Studien (Tab. 1).<br />Als Quelle f&uuml;r die Isolation der NKZellen dienen peripheres Blut, Apherisat, Knochenmark und Nabelschnurblut. In pr&auml;-klinischer Testung befindet sich auch die Herstellung von CAR-NK-Zellen aus induzierten pluripotenten Stammzellen. Dar&uuml;ber hinaus laufen erste klinische Studien mit der humanen NK-Zell-Linie NK92 f&uuml;r &bdquo;CAR-NK92-Zellen&ldquo;. Ihr Einsatz findet unter der Anwendung spezieller Sicherheitskriterien wie der Bestrahlung des Produktes zur Proliferationskontrolle statt.<br />In klinischen und pr&auml;klinischen Studien werden verschiedene Antigene auf ihre Eignung zur Adressierung eines chim&auml;ren Antigenrezeptors der NK-Zellen getestet. Basierend auf den Erfahrungen mit CAR-T- Zellen finden sich neben CD19, CD20, CD22, CD33, CD123, CD3, CD7, CD5, CD138 und CD319 zur Behandlung von Leuk&auml;mien und Lymphomen auch Mesothelin, PSMA (prostataspezifisches Membranantigen), HER2/ErbB2 (humaner epidermaler Wachstumsfaktorrezeptor), ROBO1 (&bdquo;roundabout guidance receptor&ldquo;), GD-2 (Disialoganglioside) f&uuml;r die Behandlung solider Tumoren, um nur einige zu nennen. Auch der Ansatz eines NKG2DCAR zur Steigerung der NK-Zell-Aktivit&auml;t wird in einer Pilotstudie verfolgt.<sup>17</sup><br /> Zur Einbringung der genetischen Information zeigten sich in pr&auml;klinischen Vergleichen gute Transduktionsraten in NKZellen mittels lentiviraler oder alpha-retroviraler Vektoren.<sup>18</sup> Bisher erfolgt die Konstruktion des CARs bei NK-Zellen in Anlehnung an die der CAR-T-Zellen, bestehend aus den gleichen Elementen an extrazellul&auml;rer variabler Antigen-erkennender Region, der transmembranen Dom&auml;ne und der intrazellul&auml;ren Signaldom&auml;ne als CAR erster, zweiter oder dritter Generation. Neben CD3-zeta und 4-1BB, die in CAR-T- und CAR-NK-Zellen eingesetzt werden, k&ouml;nnen in der NK-Zelle zu zus&auml;tzliche Signalwege wie DAP10 und DAP12 zur Optimierung genutzt werden. Derzeit wird auch versucht, neben einer verbesserten Zellfunktionalit&auml;t, die Invivo- Persistenz von CAR-NK-Zellen im Patienten zu verl&auml;ngern. K. Rezvani konnte zeigen, dass durch die Ausstattung mit einem IL-15-Gen (CD19-CD28-zeta-2A-iCasp9-IL15) 7 von 9 Patienten Remissionen erreichten und eine Persistenz der CAR-NK-Zellen aus Nabelschnurblut &uuml;ber mehrere Monate nachzuweisen war.<sup>19, 20</sup> In einer in Deutschland laufenden Phase- I-Studie (CAR2BRAIN) sollen die Sicherheit und die Vertr&auml;glichkeit der intrakraniellen Injektion von genetisch ver&auml;nderten NK92-Zellen (NK-92/5.28.z) gerichtet gegen das HER2-positive Glioblastom getestet werden. Die Firma NantKwest aus den USA geht noch einen Schritt weiter und setzt auf transduzierte hochaffine NK-92 Zellen (t-haNK), welche mit einer Variante des CD16-Rezeptors (V158 Fc&gamma;- Rezeptor IIIa) und einem CAR ausger&uuml;stet werden (NCT04052061, NCT04050709). Die Firma Fate Therapeutics widmet sich der Entwicklung iPS-abgeleiteter CAR-NK- Zellen, mit ersten hoffnungsvollen Ergebnissen in pr&auml;klinischen Studien.<br />Im Gegensatz zur Applikation von CAR-T- Zellen, bei denen es zu starken Nebenwirkungen wie dem &bdquo;cytokine release syndrome&ldquo; (CRS) und hohen Neurotoxizit&auml;ten kam, gibt es unter CAR-NK-Zell-Therapie noch keine Berichte &uuml;ber schwere Nebenwirkungen.</p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2019_Jatros_Onko_1906_Weblinks_jatros_onko_1906_s53_tab1_quaiser.jpg" alt="" width="800" height="872" /></p> <h2>Fazit und Ausblick</h2> <p>Welchen Platz CAR-NK-Zellen in der Immunonkologie zuk&uuml;nftig einnehmen werden, m&uuml;ssen weitere Forschungsergebnisse und klinische Studien beantworten. Insbesondere werden gr&ouml;&szlig;ere Patientenkohorten ben&ouml;tigt, um zu zeigen, ob CAR-NK-Zell- Therapien wirklich zu deutlich weniger Nebenwirkungen gegen&uuml;ber den CAR-T- Zellen f&uuml;hren.<br />Dar&uuml;ber hinaus kommt es bei der personalisierten Herstellung der CAR-T-Zellen infolge des fortgeschrittenen Krankheitsverlaufs und der starken Vorbehandlung der Patienten in einigen F&auml;llen zum Produktausfall. Die autologen T-Zellen k&ouml;nnen unter der genetischen Manipulation in die Apoptose gehen, wodurch dem Patienten am Ende keine Therapie zur Verf&uuml;gung steht. Daher k&ouml;nnte der Einsatz von allogenen CAR-NK-Zellen als &bdquo;Off the shelf&ldquo;- Produkt f&uuml;r diese Patienten eine sinnvolle Therapieoption darstellen.<br />Weitere Forschungsaktivit&auml;ten m&uuml;ssen auf den Kombinationstherapien zwischen CAR-NK-Zellen und Immuncheckpoint- Inhibitoren liegen, um letztendlich f&uuml;r die Behandlung hochmaligner Tumoren die &bdquo;tumor immune escape mechanisms&ldquo; zu &uuml;berwinden. Auch die technische Weiterentwicklung des Herstellungsprozesses f&uuml;r diese personalisierten Zelltherapeutika ist von gro&szlig;er Wichtigkeit, da dieser derzeit extrem aufwendig und teuer ist und das Gesundheitssystem vor gro&szlig;e Herausforderungen stellt. Erst die Automatisierung und Digitalisierung von Prozessstra&szlig;en wird die Herstellung von CAR-Effektor- Zellen f&uuml;r gro&szlig;e Patientenkohorten erlauben.</p></p> <p class="article-footer"> <a class="literatur" data-toggle="collapse" href="#collapseLiteratur" aria-expanded="false" aria-controls="collapseLiteratur" >Literatur</a> <div class="collapse" id="collapseLiteratur"> <p><strong>1</strong> Farag SS, Caligiuri MA: Blood Rev 2006; 20: 123-37<strong> 2</strong> Moretta A et al.: Annu Rev Immunol 2001; 19: 197-223<strong> 3</strong> Cooper MA et al.: Trends Immunol 2001; 22: 633-40 <strong>4</strong> K&auml;rre K: Nat Immunol 2008; 9: 477-80<strong> 5</strong> Velardi A et al.: Curr Opin Immunol 2009; 21: 525-30 <strong>6</strong> Ruggeri L et al.: Blood cells, Molecules &amp; Diseases 2008; 40: 84-90<strong> 7</strong> Ruggeri L et al.: Blood 2007; 110: 433-40 <strong>8</strong> Rosenberg SA et al.: NEJM 1985; 313: 1485-92 <strong>9</strong> Koehl U et al.: Klin Padiatr 2005; 217: 345-50 <strong>10</strong> Passweg JR et al.: Bone Marrow Transplant 2005; 35: 637-43 <strong>11</strong> Koehl U et al.: Oncoimmunology 2016; 5: e1115178 <strong>12</strong> Stern M et al.: Bone marrow Transplant 2013; 48: 433-8<strong> 13</strong> Miller JS et al.: Blood 2005; 105: 3051-7<strong> 14</strong> Cooley S et al.: Blood Adv 2019; 3: 1970-80 <strong>15</strong> Kloess S et al.: Eur J Immunol 2010; 40: 3255-67 <strong>16</strong> Lorenzo- Herrero S et al.: Cancers (Basel) 2018; 11, pii: E29 <strong>17</strong> Kloess S et al.: Transfus Med Hemother 2019; 46: 4-13 <strong>18</strong> Suerth JD et al.: J Mol Med (Berl) 2016; 94: 83-93 <strong>19</strong> Rezvani K: Bone Marrow Transplant 2019; 54: 785-8 <strong>20</strong> Rezvani K et al.: Mol Ther 2017; 25: 1769-81</p> </div> </p>
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