Das Schema der Transarteriellen Chemoembolisation modifiziert die Immunantwort und Expression von Immuncheckpoint Markern in einem VX2-Lebertumormodell im Kaninchen

Abstract

Zielsetzung: Die vorliegende Arbeit untersucht primär die Auswirkungen unterschied-licher Transarteriellen Chemoembolisation (TACE)-Schemata auf die Rekrutierung von Cluster of Differentiation 3 positiven (CD3+) T-Zellen und Humanen Leukozy-tenantigen DR-Isotyp positiven (HLA-DR+) Antigen-präsentierenden Zellen (APZ), so-wie die Expression von cytotoxic T-lymphocyte-associated Protein 4 (CTLA-4), pro-grammed cell death Protein 1 (PD-1) und PD-1 Liganden (PD-L1). Sekundär wird un-tersucht, ob eine peritumorale pH-Modulation diese Immunreaktion beeinflusst.

Materialien und Methoden: In die Studie wurden 24 VX2-Lebertumortragende männli-che Weiße Neuseeländer Kaninchen eingeschlossen, welche in eine Kontrollgruppe und 7 Therapiegruppen unterteilt wurden (n=3) : (a) Bikarbonatinfusion ohne folgende Embolisation, (b) konventionelle TACE (cTACE) mit einer 1:2 Doxorubicin zu Lipiodol® Wasser-in-Öl-Emulsion, Drug Eluting Bead (DEB) TACE mit entweder (c) Idarubicin-eluierenden Oncozene™-Mikrosphären (40μm) oder (d) mit Doxorubicin-eluierenden LUMI™-Beads (40-90μm). Für die Therapiearme b-d wurden jeweils Untergruppen (n=3/gruppe) mit neoadjuvanter Bikarbonatinfusion (e-g) gebildet, um die Auswirkung von pH-Modifizierung auf die Immunantwort zu untersuchen. 24 Stunden nach Be-handlung wurden die Tiere euthanasiert und Gewebeproben für die histopathologi-sche Analyse entnommen. Die digitale pathologische Quantifizierung der tumorinfilt-rierenden CD3+ T-Zellen und HLA-DR+ APZ sowie die Expression von CTLA-4, PD-1 und PD-L1 erfolgte digital mittels der Leica Aperio ImageScope Software. Die statisti-sche Analyse wurde mit dem Kruskal-Wallis-Test und anschließender Benjamini-, Krieger- und Jekutieli Post-Hoc-Analyse durchgeführt, wobei p-Werte < 0,05 als signi-fikant galten.

Ergebnisse: LUMI™-Bead TACE führte zu einer signifikant höheren intratumoralen T-Zell- und APZ-Infiltration im Vergleich zu cTACE (CD3: p=0,0003, HLA-DR: p<0,0001) und Oncozene™-Mikrosphären TACE (HLA-DR: p=0,0113). Tumoren, die mit LUMITM-Bead TACE behandelt wurden, zeigten eine signifikant höhere intratumorale Expres-sion von Immuncheckpoint Markern im Vergleich zu cTACE (CTLA-4: p<0,0001, PD-1: p<0,0001, PD-L1: p=0,002) und OncozeneTM-Mikrosphären TACE (CTLA-4: p<0,0001, PD-1: p<0,0001, PD-L1: p=0,0021). Die neoadjuvante Administration von Bikarbonat führte inbesondere in der cTACE Gruppe zu einer signifikanten Erhöhung der CD3+ T-Zell-Infiltration (p=0,0003).

Schlussfolgerungen: Diese präklinsiche Studie zeigt, dass die Tumorimmunogenität stark von der TACE-Modalität abhängt. Dabei induzieren Doxorubicin-eluierende LU-MI™-Beads die höchste Immunzellrekrutierung und Immuncheckpoint-Expression. Die zusätzliche Bikarbonatinfusion verstärkt diese Effekte insbesondere in der cTACE-Gruppe. Diese Ergebnisse liefern wichtige Hinweise für die Optimierung von TACE-Therapieschemata insbesondere für deren Kombination mit Immuntherapien. Zukünf-tige Studien sind erforderlich, um insbesondere die langfristigen immunologischen Auswirkungen der verschiedenen TACE-Modalitäten zu untersuchen.

Purpose: The present study primarily investigates the influence of the transarterial chemoembolization (TACE) regimen on the immunological tumor microenvironment, in particular the recruitment of cluster of differentiation 3 positive (CD3+) T cells and human leukocyte antigen DR-isotype positive (HLA-DR+) antigen-presenting cells (APCs), as well as the expression of cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4 (CTLA-4), programmed cell death protein 1 (PD-1) and PD-1 ligand (PD-L1). Secondarily, it is investigated whether this immune infiltration and expression of immune checkpoint markers is altered by pH modulation with neo-adjuvant bicarbonate infusion. Materials and Methods: Twenty-four VX2 tumor-bearing male New Zealand white rabbits were included into the study. The animals were divided into a control group and seven groups treated with locoregional therapy (n=3) using either (a) bicarbonate infusion with out subsequent embolization, (b) conventional TACE with Lipiodol® (cTACE) mixed 1:2 as a water-in-oil emulsion with Doxorubicin, drug-eluting beads (DEB) TACE with either (c) Idarubicin-eluting Oncozene™ microspheres (40μm), or (d) Doxorubicin-eluting LUMI™-beads (40-90μm). For each treatment arm b-d, subgroups (n=3/group) were treated with additional neoadjuvant bicarbonate infusion (e-g) to investigate the effect of pH modification on the immune response. 24 hours after treatment, all animals were euthanized, and tissue samples were collected for histopathological analysis. Digital pathological quantification of tumor-infiltrating CD3+ T cells and HLA-DR+ APCs as well as expression of CTLA-4, PD-1 and PD-L1 was performed digitally using the Leica Aperio ImageScope software. Statistical analysis was performed using the Kruskal-Wallis test followed by Benjamini, Krieger and Jekutieli post hoc analysis, with p-values < 0.05 considered significant. Results: LUMITM-bead TACE resulted in significantly higher intratumoral T-cell and APC infiltration compared to cTACE (CD3: p=0.0003, HLA-DR: p<0.0001) and OncozeneTMmicrosphere TACE (HLA-DR: p=0.0113). Tumors treated with LUMITM-bead TACE showed significantly higher intratumoral immune checkpoint marker expression compared with cTACE (CTLA-4: p<0.0001, PD-1: p<0.0001, PD-L1: p=0.002) and OncozeneTM microsphere TACE (CTLA-4: p<0.0001, PD-1: p<0.0001, PD-L1: p=0.0021). The neoadjuvant administration of bicarbonate led to a significant increase in CD3+ T-cell infiltration in particular in the cTACE group (p=0.0003). Conclusions: This pre-clinical study shows that tumor immunogenicity is strongly depend ent on the TACE modality. Doxorubicin-eluting LUMI™-beads induce the highest immune cell recruitment and immune checkpoint expression. The additional bicarbonate infusion particularly enhances these effects in the cTACE group. These results provide important information for the optimization of TACE treatment regimens and their combination with immunotherapies. Future studies are needed to further investigate in particular the longterm immunologic effects of the different TACE modalities.