Targeting CCR7 with CAR engineered NK cells for the treatment of T cell non-Hodgkin's lymphoma (T-NHL)

Abstract

T cell non-Hodgkin's lymphoma (T-NHL) encompasses a heterogeneous group of lymphoid neoplasms characterized by the expansion of malignant T cells. Different subtypes exhibit varying clinical behaviour and overall prognosis. Limited effective treatments are available for these patients, especially in the frontline. This contributes to the frequent relapse rates and high morbidity, primarily due to the lack of effective targeted treatments. Chimeric antigen receptor (CAR) cellular therapy has been successful in treating refractory or relapsed B cell and plasma cell malignancies by redirecting T cells using CARs. Expanding the use of CAR T cells to treat T cell malignancies has proven challenging due to the shared expression of targetable antigens between the therapeutic, normal, and malignant T cells. Natural killer (NK) cells are innate immune effectors, showing natural cytotoxic activity against tumors which can be further improved by CAR engineering. Their unique biological features and the potential of being an off-the-shelf allogeneic cellular product render them an attractive platform for CAR cell therapy, foremost for T cell lineage neoplasms. Herein, a T cell homing receptor (CCR7) was proposed as a candidate for CAR-NK retargeting for T-NHL. CCR7 is a homeostatic chemokine receptor with restricted expression on subsets of immune cells that drives lymphocyte homing to secondary lymphoid organs. In hematological malignancies, particularly T cell lineage leukemias and lymphomas, evidence suggests that CCR7 orchestrates cell trafficking, critically impacting disease progression and treatment outcomes. A second generation CAR construct was generated and CCR7 CAR-NK cell products were developed, using as allogeneic NK cell sources the NK-92 and YTS cell lines, and PBMCs from healthy donors. In this study, the CCR7 CAR conferred NK-92 cells with high avidity, enabling them to i) recognize, and ii) kill T-NHL cell lines and patient-derived T-NHL cells with high, intermediate, or low CCR7 surface expression in various in vitro coculture assays. These findings were corroborated in PB-derived NK cells. CCR7 was highly and frequently expressed on T-NHL and its expression on healthy tissues was limited to the hematopoietic system. On-target/off-tumor analysis revealed i) the preferential recognition of T cell subpopulations highly-expressing CCR7 and reduced killing of B cells expressing moderate CCR7 levels, and ii) no off-target effects towards CCR7- negative non-hematopoietic cells. A mouse xenograft model of T-NHL was established. Preliminary in vivo testing demonstrated that administration of a single dose of the CCR7 CAR-NK cell product moderately controlled tumor growth, suggesting that repetitive administrations might be more effective. Together, the work herein presents a novel therapeutic strategy for patients suffering from T-NHL.

T-Zell-Non-Hodgkin-Lymphome (T-NHL) ist eine heterogene Gruppe lymphoider Neoplasien, die durch die Ausbreitung bösartiger T-Zellen gekennzeichnet sind. Verschiedene Subtypen weisen ein unterschiedliches klinisches Verhalten und Gesamtprognose auf. Für diese Patienten stehen nur begrenzt wirksame Behandlungen zur Verfügung, insbesondere bei der Erstbehandlung, was zu häufigen Rezidiven und hoher Morbidität führt. Die CAR-T-Zell-Therapie ist sehr erfolgreich bei der Behandlung fortgeschrittener B-Zellmalignitäten. Die Anwendung von CAR-T Zellen bei T Zellmalignitäten hat sich aufgrund der gemeinsamen Expression von Zielantigenen auf den therapeutischen, normalen und malignen T Zellen als herausfordernd erwiesen. Natürliche Killerzellen (NK Zellen) sind angeborene Immuneffektoren, die eine natürliche zytotoxische Aktivität gegen Tumoren zeigen, die durch CAR-Engineering weiter verbessert werden kann. Ihr biologisches Potenzial, ein sofort einsatzbereites allogenes Zellprodukt zu sein, machen sie zu einer attraktiven Plattform für die CAR Zell-Therapie, insbesondere für T Zellneoplasien. In dieser Arbeit wurde ein T Zell Homing Rezeptor (CCR7) als Zielstruktur für CAR-NK Behandlung von T-NHL Malignitäten vorgeschlagen. CCR7 ist ein homöostatischer Chemokinrezeptor mit Expression auf Subentitäten von Immunzellen, der das Homing dieser Zellen in sekundäre lymphoide Organe steuert. Bei hämatologischen Tumorerkrankungen, insbesondere bei T Zellleukämien und Lymphomen, legen Veröffentlichungen nahe, dass CCR7 die Zellmigration steuert und damit den Krankheitsverlauf entscheidend beeinflusst. Ein CCR7 CAR-NK Zellprodukt der zweiten Generation wurde entwickelt, wobei als allogene NK Zellquelle die NK-92 und die YTS Zelllinie sowie PBMCs von gesunden Spendern verwendet wurden. In dieser Arbeit verlieh der CCR7 CAR-NK-92 Zellen eine hohe Avidität, was es ihnen ermöglichte, i) T-NHL Zelllinien und primäre CCR7-positive T-NHL Zellen in verschiedenen in vitro Kokulturen i) zu erkennen und ii) zu töten. Diese Ergebnisse wurden mit primären CCR7 CAR-NK Zellen bestätigt. CCR7 wird hoch und häufig auf T-NHL exprimiert, während die Expression auf gesundem Gewebe auf Subopulationen des hämatopoetischen Systems beschränkt ist. Die On-Target-/Off-Tumor-Analyse ergab i) eine bevorzugte Erkennung von T-Zellsubpopulationen, die CCR7 hoch exprimieren, eine verringerte Eliminierung von B-Zellen, die moderate CCR7-Spiegel exprimieren, und ii) keine Off-Target-Effekte gegenüber CCR7-negativen, nicht hämatopoetischen Zellen. Weiterhin wurde ein Maus-Xenotransplantatmodell für eine T-NHL entwickelt. Ein erster Versuch zeigte, dass die Verabreichung einer Einzeldosis des CCR7 CAR-NK Zellprodukts das Tumorwachstum mäßig kontrollierte, was darauf hindeutet, dass wiederholte Verabreichungen vermutlich wirksamer sind. Zusammen stellt die vorliegende Arbeit eine neuartige Therapiestrategie für Patienten mit T-NHL dar.