Engineering p95HER2 CAR T cells as an effective immunotherapy for HER2-positive tumors

Abstract

Les teràpies amb cèl·lules CAR T i reclutadors de limfòcits T (TCE) han demostrat eficàcia en tumors hematològics, però la seva aplicació en tumors sòlids continua sent limitada a causa de la manca d'antígens específics del tumor. Les teràpies dirigides contra HER2 han millorat la supervivència en càncers HER2-positius, però les resistències i les toxicitats causades per l'expressió de HER2 també en teixits sans, ressalten la necessitat de opcions terapèutiques més segures, especialment en pacients amb malaltia metastàtica. Per abordar això, el nostre grup va desenvolupar cèl·lules CAR T dirigides a l'antigen específic del tumor p95HER2, expressat en una part dels tumors HER2-positius, que han demostrat seguretat però una eficàcia moderada en xenoempelts derivats de pacients (PDX). La incorporació d'un TCE dirigit a HER2 (TECH2) ha millorat l’eficàcia però ha resultat en toxicitat no desitjada, destacant la necessitat d'un alliberament de TECH2 restringit al tumor. Aquesta tesi investiga diverses estratègies per limitar l'activitat del TECH2 al tumor. Un promotor induïble per NFAT dissenyat per activar l'expressió del TECH2 després de l'activació del CAR ha mostrat secreció inespecífica, resultant en l'eliminació de cèl·lules sanes. El p95HER2.CAR.SNIPR ha demostrat citotoxicitat in vitro però també ha permès l'alliberament de TECH2 inespecíficament. Les cèl·lules LINK CAR T, que requereixen el reconeixement conjunt de p95HER2 i HER2, han mostrat eliminació de cèl·lules tumorals sense afectar les cèl·lules sanes; no obstant això, la seva eficàcia en models PDX no ha superat la del p95HER2.CAR original. Finalment, hem desenvolupat el p95HER2.CAR-TECH2Me, on hem modificar el domini d'unió a HER2 del TECH2 per discriminar entre la sobreexpressió de HER2 en tumors i els nivells fisiològics de HER2 en teixits sans. Aquesta teràpia ha mostrat una eficàcia superior en models PDX, erradicant tumors i metàstasis mentre ha minimitzat la toxicitat, facilitant el seu avanç cap a futur un assaig clínic de fase I.

Aunque las células CAR T y las terapias con reclutadores de células T (TCE) han demostrado su eficacia en neoplasias hematológicas, su aplicación a tumores sólidos sigue siendo limitada debido a la falta de antígenos específicos del tumor. Las terapias dirigidas a HER2 han mejorado los resultados en los cánceres HER2-positivos, pero las resistencias y las toxicidades fuera del tumor - provocadas por la expresión de HER2 en tejidos sanos - siguen siendo un reto importante, sobre todo en pacientes con enfermedad metastásica que necesitan urgentemente opciones terapéuticas más seguras. Para abordar esta cuestión, nuestro grupo desarrolló células CAR T dirigidas al antígeno específico del tumor p95HER2, expresado en una parte de los tumores HER2-positivos, que demostraron citotoxicidad selectiva pero eficacia moderada en xenoinjertos derivados de pacientes (PDX). La incorporación de un TCE dirigido a HER2 (TECH2) mejoró la potencia pero dio lugar a una toxicidad no deseada, lo que pone de manifiesto la necesidad de restringir el TECH2 al tumor. Esta tesis investiga varias estrategias para limitar la actividad de TECH2 a las zonas tumorales. Un promotor inducible por NFAT diseñado para desencadenar la expresión de TECH2 tras la activación de CAR mostró una expresión inespecífica, lo que provocó la muerte de células sanas. p95HER2.CAR.SNIPR confirió citotoxicidad in vitro pero permitió la liberación de TECH2 en respuesta a los niveles basales de HER2. Las células CAR T LINK, que requieren el reconocimiento conjunto de p95HER2 y HER2, mostraron una eliminación selectiva de las células tumorales sin afectar a las células sanas; sin embargo, su eficacia en modelos PDX no superó a la del p95HER2.CAR original. Finalmente desarrollamos el p95HER2.CAR-TECH2Me, en el que modificamos el dominio de unión a HER2 para diferenciar entre sobreexpresión de HER2 en el tumor y niveles fisiológicos de HER2 en tejidos sanos. Esta terapia ha mostrado una eficacia superior en modelos PDX, erradicando tumores y metastasis, y minimizando toxicidades, facilitando su avance hacía un futuro ensayo clínico de fase I.

While CAR T cells and T-cell engager (TCE) therapies have shown efficacy in hematologic malignancies, their translation to solid tumors remains limited due to the lack of truly tumor-specific antigens. HER2-targeted therapies have improved outcomes in HER2-positive cancers, but resistances and on-target, off-tumor toxicities—caused by HER2 expression in normal tissues—remain a major challenge, particularly in patients with metastatic disease who urgently need safer options. To address this, our group developed CAR T cells targeting the tumor-specific antigen p95HER2, expressed in a subset of HER2-positive tumors, which demonstrated selective cytotoxicity but moderate efficacy in patient-derived xenografts (PDX). Incorporating a HER2-directed TCE (TECH2) enhanced potency but resulted in undesired toxicity, highlighting the need for tumor-restricted TECH2 release. This thesis investigates several strategies to limit TECH2 activity to tumor sites. An NFAT-inducible promoter designed to trigger TECH2 expression upon CAR activation showed leaky expression, resulting in killing of healthy cells. p95HER2.CAR.SNIPR conferred cytotoxicity in vitro but still permitted TECH2 release in response to basal HER2 levels. LINK CAR T cells, requiring co-recognition of p95HER2 and full-length HER2, showed selective killing of tumor cells while sparing healthy cells; however, their efficacy in PDX models did not surpass that of the original p95HER2.CAR. We ultimately developed p95HER2.CAR-TECH2Me, where we modified the HER2-binding domain of TECH2 to discriminate between high HER2 expression on tumors and physiological HER2 levels on normal tissues. This construct showed superior efficacy in preclinical PDX models, eradicating tumors and associated metastases while minimizing toxicity, supporting its advancement toward a phase I clinical trial.