Harris Goldstein, MD

El sistema inmunológico como arma para curar la infección por VIH y el cáncer

Desarrollo de tratamientos de células CAR-T de próxima generación para curar el VIH y el cáncer. Nuestro laboratorio está utilizando nuevos enfoques moleculares, celulares y bioquímicos para convertir el sistema inmunológico en un arma mediante una estrategia de inmunidad artificial (IA) para potenciar la respuesta inmunitaria y tratar enfermedades infecciosas y el cáncer. Una de las estrategias que estamos utilizando es desarrollar nuevas células CAR-T para infusión en personas que viven con VIH (PLWH) que pueden controlar la infección por VIH eliminando eficazmente las células infectadas por el VIH. El desarrollo de la terapia antirretroviral combinada (TAR) que se dirige a diferentes pasos en el ciclo de replicación del VIH ha permitido la supervivencia a largo plazo de las PLWH. Sin embargo, a pesar de la reducción a largo plazo del VIH a niveles indetectables, el resurgimiento de la viremia ocurre poco después del cese de la TAR, lo que demuestra que años de supresión exitosa de la replicación viral activa no curaron la infección por VIH. La curación del VIH se evitó por la presencia de reservorios de VIH que consisten en células latentes infectadas por VIH distribuidas por todo el cuerpo, que sobreviven a pesar de la TAR estándar o intensificada y pueden producir virus infeccioso y reintroducir la infección por VIH después del cese de la TAR. Sin embargo, el VIH se ha curado en algunas personas que viven con el VIH tras el trasplante de células madre hematopoyéticas alogénicas de donantes cuyas células T son resistentes a la infección por VIH debido a una mutación homocigótica en el correceptor del VIH, CCR5. Este avance demostró que el VIH se puede curar. Sin embargo, la alta morbilidad y mortalidad asociadas con el trasplante de médula ósea limita la aplicación rutinaria de este enfoque y proporciona una sólida justificación para buscar estrategias alternativas para proporcionar una remisión del VIH sin TAR aprovechando las observaciones de que las respuestas inmunitarias potentes específicas del VIH podrían proporcionar una remisión sostenida sin TAR en las personas que viven con el VIH.

La capacidad de las células T con receptor de antígeno quimérico (CAR) diseñadas para atacar células malignas e inducir la remisión y la cura en pacientes con cáncer hizo que este fuera un enfoque atractivo para brindar a las PVVS una potente respuesta inmune específica contra el VIH. Nuestro laboratorio ha colaborado con el grupo Caring Cross para desarrollar, optimizar y validar la arquitectura duo-CAR que coexpresa dos CAR independientes (células duoCAR-T), cada una de las cuales reconoce un epítopo gp120 diferente y está vinculada a un dominio de señalización coestimulante diferente. Demostramos que esta arquitectura, que se dirige a dos epítopos gp120 altamente conservados, el sitio de unión de CD4 para la envoltura gp120 del VIH y la región de unión del correceptor del VIH, permite que las células duoCAR-T sean extremadamente resistentes a la infección por VIH e inhiban notablemente la infección por VIH in vivo mediante una amplia gama de variantes, lo que debería impedir el escape inmunológico del VIH. Después de validar la eficacia in vitro de estas células duoCAR-T en un cultivo de tejidos, utilizamos un modelo de ratón humanizado que desarrollamos que apoya la infección por VIH para demostrar la capacidad in vivo de las células duoCAR-T para controlar la infección por VIH. Estos datos fueron cruciales para respaldar la aprobación de este tratamiento por parte de la FDA para avanzar hacia los ensayos clínicos. La terapia con células T duoCAR se está evaluando actualmente en un ensayo clínico de fase I/IIa en curso con personas que viven con el VIH (NCT04648046). Actualmente estamos desarrollando la próxima generación de células T duoCAR que muestran una mayor potencia y persistencia. Además, estamos desarrollando una nueva generación de células T CAR que hemos diseñado mediante transducción con vectores genéticos lentivirales que codifican anticuerpos (LV), lo que les otorga la capacidad de producir anticuerpos ampliamente neutralizantes capaces de suprimir de forma potente la infección por VIH. Estas células CAR-TB pueden dar un doble golpe para controlar la infección por VIH, no solo matando las células ya infectadas con el VIH, sino también previniendo la propagación de la infección.

Developing immunobiologics which deliver antigen-specific and co-stimulatory signals to focally activate HIV- and cancer-specific CTLs. Another strategy we are using to weaponize the immune system is a modular biologic platform termed Immuno-STAT (IST), that selectively expands antigen-specific T cells by delivering antigen-specific TCR and co-stimulatory signals through HLA-A2 MHC molecules covalently-tethered to pathogen-derived peptides (pMHC) and linked CD28- or 4-1BB-specific ligands, respectively. These biologics were developed by the Almo lab and immunologically and functionally validated by our lab as an immunotherapeutic for the in vivo expansion of antigen-specific CTL to eliminate virally infected or cancerous cells. The immune response of naïve CD8+ T cells is initiated by three coordinated signals delivered by antigen-presenting cells: Signal 1 delivered by engagement between antigen-specific TCR and its cognate peptide-MHC complex (pMHC); Signal 2 provided by co-stimulatory receptors, such as CD28 and 4-1BB, through interactions with the B7 and 4-1BBL ligands, respectively; and Signal 3 supplied by cytokines, such as IL-7, IL-21, IL-2, or IL-15, which modulate cellular proliferation and differentiation. We demonstrated that ISTs carrying a pMHC alone, a pMHC linked to a CD28 agonist, or pMHC linked to a 4-1BB agonist were all able to induce activation and selective expansion of cytotoxic virus-specific memory CD8+ T cells in vitro and to potently suppressed in vitro and in vivo HIV and CMV infection.

             In addition to using these IST as an immunotherapeutic, we are also using them to delineate the minimum signals required to activate and expand antigen-specific memory CD8+ T cells because they can specifically deliver a T cell receptor (TCR) signal alone or paired with a defined co-stimulatory signal to naïve and memory antigen-specific CD8+ T cells. Using a reductionist approach that provides defined TCR and co-stimulatory signaling, we demonstrated that different IST could engage TCR alone or in combination with either CD28 or 4-1BB costimulatory to initiate distinct transcriptional programs in memory CMV-specific CD8+ T cells. As compared to activation by TCR signaling alone, the combination of TCR and CD28 or 4-1BB co-stimulatory signals significantly altered the transcriptome and drove expression of genes related to growth and survival. Nevertheless, TCR signaling alone was sufficient for robust recall activation and expansion of functional cytomegalovirus CMV-specific and HIV-specific memory CD8+ T cells. This response contrasts with naïve CD8+ T cells, which required CD28 co-stimulation in addition to TCR stimulation for antigen-specific activation. These results have important implications for antigen-specific immunotherapy by indicating that biologics that deliver TCR signals alone may be sufficient for immunotherapeutic strategies designed to expand memory CD8+ T cells to eliminate cancerous or infected cells. However, strategies that aim to stimulate naïve T cell responses would require the codelivery of TCR and CD28 signals.

             We leveraged these findings to applying the IST for developing a new strategy for expanding antigen-specific CD8+ T cells to enable them to be used for adoptive cell transfer (ACT), a promising and rapidly developing immunotherapeutic approach to treat cancer which holds considerable potential as an therapeutic strategy to reconstitute the anti-viral immunity in immune-compromised patients to prevent their development of life-threatening viral infections. We demonstrated that the capacity of this IST platform to deliver TCR and CD28 signals to activate and generate large numbers of highly functional cytotoxic CD8+ T cells from the naïve repertoire specific for the melanoma-associated MART-1 antigen and the HIV-associated SL9 antigen. In contrast to naïve MART-1-specific CD8+ T cells which could be activated by both MART-1-peptide loaded dendritic cells and MART-1-specific IST, naïve SL-9-specific CD8+ T cells could be activated by SL9-specific IST but not by SL9-peptide loaded dendritic cells. This innovative approach has the potential to streamline the expansion of de novo antigen-specific T cells, overcoming the logistical hurdles limiting the wider use of ACT and enhancing its effectiveness as a therapeutic strategy for both cancer and HIV.

Los autores estudiantes de posgrado y estudiantes de MSTP se indican mediante subrayado.

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