JP2022043056A - Pscaを標的とするキメラ抗原受容体 - Google Patents

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Abstract

【課題】 PSCAを標的とする、キメラ膜貫通免疫受容体に関する。【解決手段】 細胞外ドメイン、膜貫通領域及び細胞内シグナル伝達ドメインを含む、キメラ膜貫通免疫受容体に関する。【選択図】図1

Description

前立腺がん(PCa)は、米国で3番目に多いがんの種類であり、今年診断されると予測される新規症例は200,000件を超える。PCa患者の約80%において、腫瘍表現型は、前立腺幹細胞抗原(PSCA)の過剰発現を含む。さらに、PSCAは骨転移性前立腺がんのほぼ100%で発現されるため、理論的に魅力的な免疫療法の標的である。B細胞悪性腫瘍(B-cell malignancies)に対するCD19を標的とするCARsを用いた最近の臨床試験では、著しい結果を示すが、他の抗原標的でこのレベルの成果を得られるかどうかは不明である。固形腫瘍に対する免疫療法では、当該拘束性抗原発現(すなわち、B細胞悪性腫瘍についてのCD19)が欠如しており、かつ、CAR効果を有意に妨げ得る免疫抑制微小環境が存在するため、腫瘍攻撃がより困難となる。重要なことに、正常組織上での抗原発現が低レベルであることによる、標的上(on-target)、腫瘍外(off-tumor)で毒性があったという実例が存在する。
所望の標的に結合することができるCARの作製に必要な基本的な構成要素は、合理的によく理解されているが、安全で効果的な治療で用いうるのに必要な品質を備えるCARを設計することは困難である。例えば、標的の発現が低レベルであるか又は標的を全く発現しない非がん性細胞に対する過剰な活性を回避することは、重要である。望ましくない腫瘍外の影響を誘発し得るサイトカインの産生を高レベルに誘発することを避けることも、重要である。治療可能性に影響を及ぼし得る他の因子としては、CARを発現するT細胞の複製機能及び生存期間、並びに強力な抗腫瘍応答に必要なCARを発現するT細胞の全体的なエフェクター機能を含むが、これらに限定されない。
本明細書は、細胞外ドメイン、膜貫通領域及び細胞内シグナル伝達ドメインを含む、キメラ膜貫通免疫受容体(キメラ抗原受容体又は「CARs」という)。細胞外ドメインは、PSCAを標的とするscFvを開示する。本明細書で開示されるCARは、前立腺がん及び前立腺がん骨転位の治療に有用である。
PSCAを標的とするscFvに加えて、細胞外ドメインは、例えば、ヒトIgG4Fcドメインの一部分を含む、スペーサーを含む。CARの膜貫通部分は、例えば、CD4膜貫通ドメイン、CD8膜貫通ドメイン、CD28膜貫通ドメイン、CD3膜貫通ドメイン又は4-1BB膜貫通ドメインを含む。細胞内シグナル伝達ドメインは、ヒトCD3複合体のゼータ鎖(CD3ζ)からのシグナル伝達ドメイン及び共刺激(costimulatory)ドメイン(例えば、OX40、CD28、CD28gg又は4-1BB(CD137)共刺激ドメイン)を含む。細胞外ドメインは、T細胞の表面上に発現された場合、CARにより、PSCAを発現している当該細胞にT細胞活性を、指向させることができる。当該細胞には、前立腺がん細胞が含まれる。細胞内領域内にCD3ζと直列に(ただし必ずしも隣接してなくてよい)共刺激ドメインを含むことにより、T細胞は共刺激シグナルを受けることができる。T細胞、例えば患者特異的な、自己T細胞は、本明細書で開示されるCARsを発現するように組換えられてよく、組換えられた細胞は、ACTで増殖されて、用いられることができる。様々なT細胞サブセットを用いることができる。さらに、CARは、NK細胞等の他の免疫細胞においても発現することができる。患者が本明細書に記載のCARを発現する免疫細胞を用いて治療される場合、当該細胞は、自己(autologous)又は同種異系(allogenic)のT細胞であってよい。ある場合では、用いられる細胞は、CD45RA-CD62L+、又はTCM/SCM/N細胞(CD45RA+CD62L+)である、CD4+及びCD8+の中央記憶T細胞(TCM)であり、当該細胞を用いると、他の種類の患者特異的T細胞を用いる場合と比較して、養子移植後の細胞の長期持続性を改善することができる。重要なことに、CARの全体的な設計は、比較的低レベルのPSCAしか発現しない非がん性細胞を含む、非がん性細胞に対する不要な活性を避ける。
PSCA scFvは、以下の:
DIQLTQSPSTLSASVGDRVTITCSASSSVRFIHWYQQKPGKAPKRLIYDTSKLASGVPSRFSGSGSGTDFTLTISSLQPEDFATYYCQQWGSSPFTFGQGTKVEIKGSTSGGGSGGGSGGGGSSEVQLVEYGGGLVQPGGSLRLSCAASGFNIKDYYIHWVRQAPGKGLEWVAWIDPENGDTEFVPKFQGRATMSADTSKNTAYLQMNSLRAEDTAVYYCKTGGFWGQGTLVTVSS(配列番号38)
で表される配列、又は最大で5個のアミノ酸が置換されたその変異体を含むことができる。
本明細書では、CARをコードする核酸分子であって:PSCAに指向されたscFv(例えば、配列番号1)又は1~5個(例えば、1個又は2個)のアミノ酸が修飾されたその変異体;CD4膜貫通ドメイン又は1~10個(例えば、1個又は2個)のアミノ酸が修飾されたその変異体、CD8膜貫通ドメイン又は1~5個(例えば、1個又は2個)のアミノ酸が修飾されたその変異体、CD28膜貫通ドメイン又は1~5個(例えば、1個又は2個)のアミノ酸が修飾されたその変異体、及びCD3ζ膜貫通ドメイン又は1~10個(例えば、1個又は2個)のアミノ酸が修飾されたその変異体、から選択される、膜貫通ドメイン;共刺激ドメイン(costimulatory domain);並びに、CD3ζシグナル伝達ドメイン又は1~5個(例えば、1個又は2個)のアミノ酸が修飾されたその変異体、を含む、核酸分子が開示される。スペーサー領域(spacer region)は、scFvと膜貫通ドメインとの間に位置する。スペーサー領域は、以下に詳細に記載されるが、ヒトFc領域(human Fc region)の全て又はその部分を含んでよい。
ある実施形態では、核酸分子は、配列番号26~37から選択されるアミノ酸配列を含むポリペプチドを発現する;キメラ抗原受容体は、1~5個(例えば、1個又は2個)のアミノ酸が修飾された(例えば、置換)、配列番号26~37から選択されるアミノ酸配列を含む。
また、キメラ抗原受容体をコードする発現カセット(expression cassette)を含むベクターによって形質導入された(transduced)ヒトT細胞の集団(population)も開示され、キメラ抗原受容体は、PSCAに指向されたscFVを含み、それは4‐1BB共刺激ドメインを含む。様々な実施形態では、ヒトT細胞の集団は、配列番号26~37から選択されるアミノ酸配列を含むポリペプチドを含むキメラ抗原受容体発現するベクターを含む;ヒトT細胞の集団は、中央記憶T細胞(TCM)を含む(例えば、細胞のうちの少なくとも20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%がTCM細胞であり;TCM細胞のうちの少なくとも15%、20%、25%、30%、35%がCD4+であり、TCM細胞のうちの少なくとも15%、20%、25%、30%、35%がCD8+細胞である)。
また、患者のがんを治療する方法であって、キメラ抗原受容体をコードする発現カセットを含むベクターによって形質導入された自己又は同種異系のヒトT細胞の集団(例えば、T細胞を含む自己又は同種異系のT細胞であり、例えば、細胞のうちの少なくとも20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%がTCM細胞であり;TCM細胞のうちの少なくとも15%、20%、25%、30%、35%がCD4+であり、TCM細胞のうちの少なくとも15%、20%、25%、30%、35%がCD8+細胞である)を、投与する工程を含む方法が開示され、ここで、キメラ抗原受容体は、配列番号26~37から選択されるアミノ酸配列を含む。様々な実施形態では:ヒトT細胞の集団は、中央記憶T細胞を含み;がんは、神経膠芽腫(glioblastoma)であり;形質導入されたヒトT細胞は、患者からT細胞を採取する工程、T細胞を処理して中央記憶T細胞を単離する工程、及びキメラ抗原受容体をコードする発現カセットを含むウイルスベクターを用いて、中央記憶T細胞の少なくとも一部分を形質導入する工程を含む方法によって調製され、ここで、キメラ抗原受容体は、配列番号26~37から選択されるアミノ酸配列を含む。
また:配列番号26~37から選択されるアミノ酸配列と少なくとも95%同一であるアミノ酸配列を含む、ポリペプチドをコードする、核酸分子;5個以下のアミノ酸が置換、削除又は挿入されたものを除いて配列番号26~37から選択されるアミノ酸配列と同一であるアミノ酸配列を含む、ポリペプチドをコードする、核酸分子;5個以下のアミノ酸が置換されたものを除いて配列番号26~37から選択されるアミノ酸配列と同一であるアミノ酸配列を含む、ポリペプチドをコードする、核酸分子;並びに、2個以下のアミノ酸が置換されたものを除いて配列番号26~37から選択されるアミノ酸配列と同一であるアミノ酸配列を含む、ポリペプチドをコードする、核酸分子、も開示される。
PSCAを標的とするCARを発現するT細胞は、ホルモン不応性前立腺がん、骨、肝臓及び肺転移を含む前立腺がんの転移、並びに、膵臓、膀胱、結腸及び神経膠芽腫(原発性脳)を含むがこれらに限定されない、PSCAを発現する他のがんを含む、前立腺がんの治療で有用であることができる。したがって、本開示は、本明細書に記載のCARを発現するT細胞を用いてがんを治療する方法を含む。
本開示はまた、本明細書に記載のCARsのいずれかをコードする核酸分子(例えば、CARsのうちの一つをコードする核酸配列を含むベクター)及び本明細書に記載のCARsのいずれかを発現する単離されたTリンパ球を含む。
本明細書に記載のCARは、PSCA標的ドメイン(すなわち、PSCAを認識するscFv又はその変異体)と膜貫通ドメインとの間に位置するスペーサー領域を含んでよい。様々な異なるスペーサーが用いられてよい。それらのいくつかは、ヒトFc領域の少なくとも一部分、例えばヒトFc領域のヒンジ部分若しくはCH3ドメイン又はその変異体を含む。以下の表1は、本明細書に記載のCARsにおいて用いることができる様々なスペーサーを提供する。
表1:スペーサーの例
Figure 2022043056000002
いくつかのスペーサー領域は、免疫グロブリン(例えば、IgG1、IgG2、IgG3、IgG4)ヒンジ領域、すなわち、免疫グロブリンCH1ドメインとCH2ドメインとの間に入る配列、例えばIgG4ヒンジ又はCD8ヒンジの全て又は部分を含む。いくつかのスペーサー領域は、免疫グロブリンCH3ドメイン又はCH3ドメインとCH2ドメインをともに含む。免疫グロブリンに由来する配列は、1又はそれ以上のアミノ酸が修飾された、例えば1、2、3、4又は5個の置換、例えば標的外結合(off-target binding)を低減するように置換されてよい。
「アミノ酸が修飾された」は、タンパク質若しくはペプチド配列におけるアミノ酸が置換、挿入及び/又は削除されることをいう。“アミノ酸置換”若しくは“置換”は、元の(parent)ペプチド若しくはタンパク質配列における特定の位置のアミノ酸の、他のアミノ酸による交換をいう。置換は、非保存的(non-conservative)な方法で(すなわち、特定のサイズ又は特徴で分類された、あるアミノ酸から、他の分類に属するアミノ酸へコドンを変化させることにより)、あるいは、保存的(conservative)な方法で(すなわち、特定のサイズ又は特徴で分類された、あるアミノ酸から、同じ分類に属するアミノ酸へコドンを変化させることにより)、結果として生じるタンパク質中のアミノ酸を変化させるように行われてよい。当該保存的な変化により、概して、結果として生じるタンパク質の構造及び機能の変化がより小さくなる。以下はアミノ酸の種々の分類の例である:1)無極性R基があるアミノ酸:アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、トリプトファン、メチオニン;2)非荷電極性R基があるアミノ酸:グリシン、セリン、スレオニン、システイン、チロシン、アスパラギン、グルタミン;3)荷電極性R基があるアミノ酸(pH6.0で負に帯電):アスパラギン酸、グルタミン酸;4)塩基性アミノ酸(pH6.0で正に帯電):リシン、アルギニン、ヒスチジン(pH6.0)。別の分類は、フェニル基があるアミノ酸:フェニルアラニン、トリプトファン及びチロシンであってよい。
特定の実施形態では、スペーサーは、修飾されていないスペーサーに存在するアミノ酸残基と異なるアミノ酸残基によって置換された1又はそれ以上のアミノ酸残基を含むIgG1、IgG2、IgG3又はIgG4に由来する。1又はそれ以上の置換されたアミノ酸残基は、位置第220、226、228、229、230、233、234、235、234、237、238、239、243、247、267、268、280、290、292、297、298、299、300、305、309、218、326、330、331、332、333、334、336、339番目又はそれらの組み合わせの、1又はそれ以上のアミノ酸残基から選択されるが、これらに限定されない。以下でさらに詳細に記載されるこの番号付け体系では、表1のIgGヒンジ配列及びIgG4ヒンジリンカー(HL)配列の最初のアミノ酸が第219番目であるように、表1のIgG4(L235E、N297Q)スペーサーの最初のアミノ酸は第219番目であり、表1のIgG4(HL‐CH3)スペーサーの最初のアミノ酸は第219番目である。
ある実施形態では、修飾されたスペーサーは、以下の:C220S、C226S、S228P、C229S、P230S、E233P、V234A、L234V、L234F、L234A、L235A、L235E、G236A、G237A、P238S、S239D、F243L、P247I、S267E、H268Q、S280H、K290S、K290E、K290N、R292P、N297A、N297Q、S298A、S298G、S298D、S298V、T299A、Y300L、V305I、V309L、E318A、K326A、K326W、K326E、L328F、A330L、A330S、A331S、P331S、I332E、E333A、E333S、E333S、K334A、A339D、A339Q、P396L又はそれらの組み合わせ、であるアミノ酸残基置換の1又はそれ以上を含むがこれらに限定されない、IgG1、IgG2、IgG3、又はIgG4に由来する。
特定の実施形態では、修飾されたスペーサーは、修飾されていないスペーサーに存在するアミノ酸残基と異なるアミノ酸残基によって置換された1又はそれ以上のアミノ酸残基を含むIgG4領域に由来する。1又はそれ以上の置換されたアミノ酸残基は、位置第220、226、228、229、230、233、234、235、234、237、238、239、243、247、267、268、280、290、292、297、298、299、300、305、309、218、326、330、331、332、333、334、336、339番目又はそれらの組み合わせの、1又はそれ以上のアミノ酸残基から選択されるが、これらに限定されない。
ある実施形態では、修飾されたスペーサーは、以下の:220S、226S、228P、229S、230S、233P、234A、234V、234F、234A、235A、235E、236A、237A、238S、239D、243L、247I、267E、268Q、280H、290S、290E、290N、292P、297A、297Q、298A、298G、298D、298V、299A、300L、305I、309L、318A、326A、326W、326E、328F、330L、330S、331S、331S、332E、333A、333S、333S、334A、339D、339Q、396L又はそれらの組み合わせ、であるアミノ酸残基置換の1又はそれ以上を含むがこれらに限定されない、IgG4領域に由来する。ここで、修飾されていないスペーサーのアミノ酸は、提示された位置で上記の同定されたアミノ酸によって置換される。
本明細書に記載される免疫グロブリン中のアミノ酸位置について、番号付けは、EUインデックス又はEU番号付け体系(参照により全体が本明細書に参照されるKabat et al.1991 Sequences of Proteins of Immunological Interest,5th Ed.,United States Public Health Service, National Institutes of Health, Bethesda, hereby entirely incorporated by reference)に従う。EUインデックス若しくはKabatのEUインデックス又はEU番号付け体系は、EU抗体の番号付け(Edelman et al.1969 Proc Natl Acad Sci USA 63:78-85)を参照する。
様々な膜貫通ドメインが用いられてよい。表2は、適当な膜貫通ドメインの例を含む。スペーサードメインが存在する場合、膜貫通ドメインは、スペーサードメインに対してカルボシキ末端に位置する。
表2:膜貫通ドメインの例
Figure 2022043056000003
本明細書に記載のCARの多くは、1又はそれ以上の(例えば、二つの)共刺激ドメインを含む。(複数の)共刺激ドメインは、膜貫通ドメインとCD3ζシグナル伝達ドメインとの間に位置する。表3は、CD3ζシグナル伝達ドメイン、及び適当な共刺激ドメインの例を含む。
表3:CD3ζシグナル伝達ドメイン及び共刺激ドメインの例
Figure 2022043056000004
本明細書に記載の研究に用いられるPSCA‐CARは、表4に概説され(未成熟、GMCSFRaシグナル配列を含む)、その中で、各CARのスペーサードメイン及び(複数の)共刺激ドメインが示される。これらの全ては、A11 PSCA scFvを含む。IgG4(HL‐CH3)スペーサーはまた、IgG4ΔCH2スペーサーともいう。配列番号26、27、28、29、30及び31についての成熟配列(GMCSFRaシグナル配列を欠失する)は、配列番号32、33、43、35、36及び37である。
表4:PSCAを標的とするCARの例
Figure 2022043056000005
(上記された)様々なスペーサー領域を備え:CD28膜貫通ドメイン及びCD28共刺激ドメイン;又は、CD4膜貫通ドメイン及び4‐1BB共刺激ドメインのいずれかを備える、CAR構築物の模式図である。当該構築物は、MB1 scFv又はA11 scFvを用いた。全ての構築物はCD3ζ細胞溶解性(cytolytic)ドメインを用いた。T2Aスキップ配列は、構築物の発現を評価するために用いられる切断型(truncated)CD19(CD19t)タンパク質からCARを分離する。
図1の様々な構築物についてのtCD19及びscFv(プロテインL)発現データの測定の結果を示す図である。
ヒト前立腺がん細胞株に対する二つの異なるPSCA‐CAR T細胞の生体外での特徴付けを示す。(A)PSCAを発現するように操作された腫瘍細胞(LCL、PC‐3、及びDU145)におけるPSCAの発現。(B‐C)フローサイトメトリで測定された、腫瘍標的との5時間の共培養後のCAR T細胞におけるCD107a脱顆粒(degranulation)及びIFNγ産生。(D-E)ELISAによって測定された、組換えPSCAタンパク質又は腫瘍標的を用いた24時間の培養後のCAR T細胞によるIFNγ産生を各々示すグラフである。
4‐1BB共刺激ドメインを含むPSCA‐CARsは、特異性に優れ、増殖及び腫瘍細胞死滅機能が示される。フローサイトメトリで測定された、腫瘍標的(DU145、PC‐3、DU145‐PSCA及びPC‐3‐PSCA)との72時間の共培養後のPSCA(ΔCH2)28z又はPSCA(ΔCH2)BBz CAR T細胞における腫瘍死滅(A)及びPD‐1誘導(B)、(C)エフェクター:腫瘍(E:T)比が0.25:1から4:1での、腫瘍死滅;(D)腫瘍標的との72時間の共培養後のCAR T細胞のCFSE増殖;(E)腫瘍標的(DU145、左;DU145‐PSCA、右)との1、2又は3日間の共培養後のCAR T細胞における腫瘍死滅及びPD‐1誘導の動態を示すグラフである。
細胞外スペーサーは、生体外のPSCA‐CAR機能性を規定する。(A)フローサイトメトリで測定された、腫瘍標的(DU145及びDU145‐PSCA)との5時間の共培養後の、PSCA(EQ)BBz、PSCA(ΔCH2)BBz及びPSCA(L)BBz CAR T細胞におけるCD107a脱顆粒及びIFNγ産生;(B)ELISAによって測定された、組換えPSCAタンパク質又は腫瘍標的を用いた24時間の培養後のCAR T細胞におけるIFNγを示すグラフである。
PSCA‐CAR T細胞は、前立腺がん異種移植(xenograft)及び同所性(orthotopic)モデルにおいて抗腫瘍効果を示す。(A)PC‐3‐PSCA(2×10)細胞は、NSG雄マウスに皮下注射され、腫瘍が約30(~30)‐50mmに達した場合、CAR Tcm(5×10)は腫瘍内に注射され、腫瘍成長をキャリパー(caliper)測定でモニタし;(B)DU145‐PSCA(2×10)細胞を、NSG雄に皮下注射し、CAR PBMC細胞(5×10)細胞を静脈内送達し;(C)PC‐3‐PSCA(2×10)細胞を、NSG雄に脛骨内に(intratibially)注射して、CAR PBMC細胞(2×10又は5×10)を、静脈内送達し;(D)各群における腫瘍注射後58日目の、血液中のCAR T細胞持続性を示すグラフである。
CD28又は4‐1BB共刺激ドメインを含むPSCA‐CAR T細胞。(A)PSCAを標的とするヒト化scFv(A11クローン)を含むPSCA‐CARsがあるレンチウイルス発現カセットの図であり、第129番目のアミノ酸が修飾されたヒトIgG4 Fcリンカー(CH2ドメインの欠失、ΔCH2)、膜貫通ドメイン(CD28又はCD4のいずれか)、細胞質CD28又は4‐1BB共刺激ドメイン、及び細胞溶解性CD3zドメインがある。切断型非シグナル伝達CD19(CD19t)は、CAR発現細胞をモニタするためのT2Aリボソームスキップ配列によってCARから分離される。(B)モック(非導入)、PSCA(ΔCH2)28ζ、又はPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞は、CARsのレンチウイルス導入を検出するために、CD19t発現について(上端)、又は、scFvを検出するために、タンパク質Lについて(下端)、フローサイトメトリで評価した。(C)25日間の培養期間における、モック及びPSCA‐CAR T細胞のエクスビボ増殖動態(Ex vivo expansion kinetics)。(D)フローサイトメトリで決定された、エクスビボ増殖終期の、PSCA‐CAR T細胞の表示された細胞表面マーカーの細胞表面発現。全てのデータは、少なくとも二つの独立した実験の代表である。
生体外のPSCA‐CARsにおいて、4‐1BB共刺激ドメインを含むPSCA‐CARsは、CD28共刺激と比較して、優れた腫瘍標的化(targeting)を示す。(A)フローサイトメトリで決定された、ヒト前立腺がん細胞株におけるPSCA発現のヒストグラム。DU145及びPC‐3細胞株は、EF1αプロモーターの制御下で、ヒトPSCAを過剰発現するようにレンチウイルスで導入された(材料及び方法を参照)。PC‐3‐PGK100p細胞株は、表示されたPGKプロモーター変異体の制御下でヒトPSCAを発現させて生成された。LAPC‐9細胞は内因的にヒトPSCAを発現する。(B)PC‐3又はPC‐3‐PSCA腫瘍細胞との3日間の共培養に続いて光学顕微鏡で評価した、1:1のエフェクター:標的比でのモック、PSCA(ΔCH2)28ζ、又はPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞を比較する腫瘍死滅アッセイのスナップショット画像。(C)表示された腫瘍標的との3日間の共培養後にフローサイトメトリで評価した、(B)と同様の腫瘍死滅アッセイ。(D)表示された腫瘍標的との3日間の共培養後の、PSCA‐CAR T細胞におけるPD‐1発現の代表的なゼブラプロット。(E)表示された腫瘍標的との3日間の共培養後の、CD8+CAR+T細胞におけるPD‐1発現の定量化。(F)DU145との共培養の1、2又は3日目におけるPSCA‐CAR T細胞を比較する腫瘍死滅アッセイ。腫瘍標的なく培養されたT細胞と比較した、T細胞におけるPD‐1発現。(G)PC‐3‐PSCA又はPC‐3‐PGK100pとの3日間の共培養後にフローサイトメトリで評価した、異なるエフェクター:標的比を用いた腫瘍死滅アッセイ。データは、群当たりn=2±SDとして示す。全てのデータは、少なくとも二つの独立した実験の代表である。
PSCA‐BBζ CARsは、生体外で抗原依存性サイトカイン産生を示す。(A)DU145又はDU145‐PSCA腫瘍細胞と一晩共培養されたPSCA‐CAR T細胞からの上清中の、ELISAで定量化されたIFNγ産生。(B)PC‐3、PC‐3‐PGK100p又はPC‐3‐PSCA腫瘍細胞と一晩共培養されたPSCA‐CAR T細胞からの、(A)と同じもの。(C)様々なタンパク質濃度のプレート結合組換えヒトPSCA上で一晩培養されたPSCA‐CAR T細胞からの上清中の、ELISAで定量化されたIFNγ産生。(D)表示された腫瘍標的との4~6時間の共培養後の、PSCA‐CAR T細胞によるCD107a脱顆粒を示す代表的なゼブラプロット。(E)(D)からのPSCA‐CAR T細胞によるCD107a脱顆粒の定量化。(F)表示された腫瘍標的との3日間の共培養後の、モック、PSCA(ΔCH2)28ζ、又はPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞における、CD137発現の代表的なゼブラプロット。 データは、群当たりn=2±SDとして示される。全てのデータは、少なくとも二つの独立した実験の代表である。
前立腺がんの皮下及び同所骨転移性ヒト異種移植モデルにおけるPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞の頑健な治療効果。(A)第34日目に腫瘍内(i.t.)注射によって、表示された投与量(doses)のモック又はPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞を用いて治療された、第0日目の皮下PC‐3‐PSCA(2.5×10)腫瘍があるNSGマウスにおける腫瘍体積(mm)。群あたりN=4匹のマウス。データは、少なくとも二つの独立した実験の代表である。(B)大きな腫瘍(約500mm)があるマウスは、第51日目に静脈内(i.v.)注射によって5×10のモック又はCAR T細胞を用いて治療された。群あたりN=3匹のマウス。データは、少なくとも二つの独立した実験の代表である。(C)ヒトCD3(上方のパネル)及びグランザイムB(下方のパネル)によって染色された、静脈内T細胞治療の11日後に採取されたPC‐3‐PSCA腫瘍の免疫組織化学。(D)右後肢にPC‐3(野生型)細胞(0.2×10)、左後肢にPC‐3‐PSCA細胞(0.2×10)による、脛骨内(intratibial)腫瘍があるマウス。第14日目に、マウスは、静脈内注射によって、5×10のホタルルシフェラーゼ陽性(約30%)モック又はPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞を用いて治療された。T細胞輸送(trafficking)は、4時間、1日、2日及び4日目に、非侵襲的光学的画像化(Xenogen)によって監視された。フラックス画像の定量化は、PC‐3‐PSCA/PC‐3(野生型)の比を示す。群あたりN=4‐6匹のマウス。(e)脛骨内(左後肢)PC‐3‐PSCA‐eGFP‐ffluc(0.2×10)があるNSGマウス。腫瘍成長動態は、非侵襲的光学的画像化(Xenogen)によって監視された。第14日目に、マウスは、5×10のモック又は様々な投与量のPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞を用いて、静脈内注射された。第13日目(治療前)及び第33日目のマウスの代表的なフラックス画像が示される。(F)腫瘍のみ、モックT細胞(5×10)及びPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞(5×10、2.5×10、1×10、0.5×10)群からの、(腫瘍注射部位における関心領域(ROI)を用いた)フラックス画像の定量化。CAR群について、群あたりN=4匹のマウス。データは、少なくとも二つの独立した実験の代表である。
前立腺がん患者由来骨転位異種移植モデルにおける、PSCA(ΔCH2)28ζCAR T細胞と比較して、PSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞の耐久性のある抗腫瘍効果。(A)脛骨内(左後肢)LAPC‐9‐eGFP‐ffluc(0.15×10)があるNSGマウス。腫瘍成長動態は、非侵襲的光学的画像化(Xenogen)によって監視された。第14日目に、マウスは、5×10個のモック又はPSCA(ΔCH2)28ζ又はPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞を用いて、静脈内注射された。表示された日におけるマウスの代表的なフラックス画像が示される。(B)各治療群からの、脛骨におけるROIを用いた(上方のパネル)、又は全身からの(下方のパネル)、フラックス画像の定量化。(C)腫瘍注射後76日目に治療マウス(群あたりn=2‐3)から採取された血清からの、ELISAによって決定されたPSAレベル。(D)腫瘍注射後の24日目及び76日目のマウスの末梢血のフローサイトメトリ分析(群あたりn=2‐3)。データは、二つの独立した生体内実験から収集した。
PBMC及びTCM集団の細胞表面表現型。(a)PBMC及びTCMの開始集団は、CD4、CD8、CD45RA、CD62L、CCR7、CD14、CD25及びCD95の発現についてフローサイトメトリで分析された。代表的なFACSプロットが示される。
腫瘍細胞株におけるPSCAのmRNA発現分析。(a)PSCA発現を定量化するために、様々な前立腺及び非前立腺がん細胞株で実施されたqPCR。PSCA mRNAは、GAPDH mRNAに対して正規化された。
MB1 scFv‐含有とA11 scFv‐含有のPSCA‐CARsの比較。(A)PSCAを標的とするヒト化MB1又はA11 scFvを含むPSCA‐CARsがあるレンチウイルス発現カセットの図であり、第129番目のアミノ酸が修飾されたヒトIgG4 Fcリンカー(CH2ドメインの欠失、ΔCH2)、CD4膜貫通ドメイン、細胞質4‐1BB共刺激ドメイン、及び細胞溶解性CD3ζドメインがある。切断型非シグナル伝達CD19(CD19t)は、CAR発現細胞をモニタするためのT2Aリボソームスキップ配列によってCARから分離される。(B)フローサイトメトリで決定された、CARsのレンチウイルス導入を検出するためのCD19(上端)又はscFvを検出するためのタンパク質L(下端)を発現する、モック(導入されていない)、PSCA‐MB1‐(ΔCH2)BBζ、又はPSCA‐A11‐(ΔCH2)BBζ CAR T細胞。(C)表示された腫瘍標的との3日間の共培養に続いてフローサイトメトリで評価した腫瘍死滅アッセイ。
PBMC又はTCMのいずれかに導入されたPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞によるサイトカイン産生。様々なタンパク質濃度のプレート結合組換えヒトPSCA上で培養されたPSCA‐CAR T細胞からの上清中の、ELISAで定量化されたIFNγ産生。
プレート結合OKT3に対するモック、PSCA(ΔCH2)28ζ、及びPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞の活性化及び消耗性表現型。プレート結合OKT3(10μg/mL)との2日間のインキュベーションに続く、T細胞における、フローサイトメトリによるCD137及びPD1の発現。
HER2特異的CAR T細胞によるPSCA陰性腫瘍再発の治療。(A)PSCA(ΔCH2)BBζ治療された、PC‐3‐PSCA腫瘍があるマウスにおける腫瘍再発の動態。各線は、各群の個別のマウスを表す。一群あたりN=4。データは、少なくとも二つの独立した研究の代表である。(B)ヒトPSCA、CD3及びHER2によって染色された、モック治療(主要終点)又は再発性PSCA(ΔCH2)BBζ治療腫瘍から採取されたPC‐3‐PSCA腫瘍の免疫組織化学。(C)フローサイトメトリで評価した、PC‐3‐PSCA腫瘍細胞におけるHER2発現。(D)第24日目(「第1回目t×」)に5×10のモック又はPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞を用いて静脈内に治療された、PC‐3‐PSCA腫瘍があるマウス(群あたりN=6)における腫瘍体積(mm)。CAR T細胞治療マウスが腫瘍再発(50‐100mm)を示した第81日目に、マウスは、5×10のモック、PSCA(ΔCH2)BBζ、又はHER2 CAR T細胞のいずれかの腫瘍内注射を受ける第2の治療(“第2回t×”)に割り当てられた(群あたりN=2)。
図18:PSCAscFv‐IgG4(HL‐CH3)‐CD4tm‐4‐1BB‐zetaのアミノ酸配列(配列番号26)。
図19:PSCAscFv‐IgG4(EQ)‐CD28tm‐CD28gg‐zetaのアミノ酸配列(配列番号27)。
図20:PSCAscFv‐L‐CD4tm‐4‐1BB‐zetaのアミノ酸配列(配列番号28)。
図21:PSCAscFv‐IgG4(HL‐CH3)‐CD28tm‐CD28gg‐zetaのアミノ酸配列(配列番号29)
図22:PSCAscFv‐IgG4(EQ)‐CD4tm‐4‐1BB‐zetaのアミノ酸配列(配列番号30)
図23:PSCAscFv‐L‐CD28tm‐4‐1BB‐zetaのアミノ酸配列(配列番号31)
以下に、PSCAを標的とする様々なキメラ抗原受容体(chimeric antigen receptors)の構造、構築及び特徴付けを開示する。キメラ抗原(CAR)は、最低限、細胞外認識ドメイン、膜貫通領域、及び細胞内シグナル伝達ドメインを含む組換え生体分子である。したがって、用語「抗原」は、抗体に結合する分子に限定されず、標的に特異的に結合することができるいかなる分子である。例えば、CARは、細胞表面受容体に特異的に結合するリガンドを含んでよい。細胞外認識ドメイン(細胞外ドメイン又は単にそれが含む認識要素により示される)は、標的細胞の細胞表面上に存在する分子に特異的に結合する認識要素を含む。膜貫通領域は、膜中にCARをつなぐ。細胞内シグナル伝達ドメインは、ヒトCD3複合体のゼータ鎖由来のシグナル伝達ドメインを含み、場合によっては、1又はそれ以上の共刺激シグナル伝達ドメインを含む。CARsは、MHC拘束から独立して、抗原に結合し、かつ、T細胞活性化を導入する。したがって、CARsは、そのHLA遺伝子型にかかわらず、抗原陽性腫瘍がある患者の集団を治療することができる「普遍的な」免疫受容体である。腫瘍特異的CARを発現するTリンパ球を用いる養子免疫療法(Adoptive immunotherapy)は、がんの治療の強力な治療戦略でありうる。
発明者らは、適当な活性及び特異性があり、かつ、サイトカイン産生を過剰誘発しないCARを同定するため、多種多様なPSCA CARを生成し、いくつかのアッセイで試験した。
ある場合では、本明細書に記載のCARは、CARオープンリーディングフレームの後にT2Aリボソームスキップ配列、及び細胞質シグナルシグナル伝達テールが欠失(アミノ酸323で切断された)する切断型CD19(CD19t)が続くベクターを用いて産生されることができる。この配置では、CD19tの同時発現により、不活性で非免疫原性の表面マーカーが提供され、それにより、遺伝子修飾細胞を正確に測定することができ、遺伝子修飾細胞の正の選択(positive selection)、並びに、養子移植後の生体内での効率的な細胞モニタ及び/又は治療用T細胞を画像化ができる。CD19tの同時発現により、治療用細胞を選択的に除去し、それにより自殺スイッチとして機能する、臨床的に利用可能な抗体及び/又は免疫毒素試薬を用いる、形質導入された細胞の生体内での免疫学的標的化用マーカーを提供する。
本明細書に記載のCARは当業界で公知のいかなる手段で産生されうるが、好ましくは、組換えDNA技術を用いて産生される。キメラ受容体のいくつかの領域をコードする核酸は、便利には、当業界で公知の分子クローニングの標準的な技術(ゲノムライブラリースクリーニング、PCR、プライマー補助ライゲーション、部位特異的突然変異誘発等)により、調製され、完全なコード配列に組み立てられてよい。結果として生じるコード領域は、好ましくは発現ベクターに挿入され、適当な発現宿主細胞株、好ましくはTリンパ球細胞株、最も好ましくは自己Tリンパ球細胞株の変換に用いられる。
選択されていないPBMC又は富化CD3 T細胞又は富化CD3又はメモリーT細胞サブセットを含む、患者から単離された様々なT細胞サブセットは、ベクターを用いて形質導入されてCAR発現する。中央記憶T細胞は、一つの有用なT細胞サブセットである。中央記憶T細胞は、所望の受容体を発現する細胞を免疫磁気的選択用に、例えばCliniMACS(登録商標)装置を用いて、CD45RO+/CD62L+細胞を選択して、末梢血単核球(PBMC)から単離されてよい。中央記憶T細胞に関する富化細胞は、例えば、CAR、並びに、生体内検出及び潜在的な生体外(ex vivo)選択用の非免疫原性の表面マーカーである切断型ヒトCD19(CD19t)の発現を指示するSINレンチウイルスベクターを用いて形質導入された、抗CD3/CD28によって活性化されてよい。活性化/遺伝的に修飾された中央記憶T細胞は、IL-2/IL-15を用いて生体外で増殖した後、凍結保存されてよい。
PSCAを標的とするCARの構築
図1は、様々なCAR発現するために用いられる、発現ベクターの翻訳領域内の要素(上方のパネル)及び結果として生じるCAR(下方のパネル)を模式に描写する。CARは、PSCAを標的とするMB1 scFvを用いた。A11 scFvは用いなかったが、適当な代替物である。3つの異なるスペーサー:IgG4(EQ)は、CH3、CH4及びヒンジ領域を含むIgG4 Fc領域を含み、ネイティブなFc受容体への結合を低下させる二つのアミノ酸置換がある;IgG4(HL‐CH3)は、IgG4(EQ)に類似するが、CH2ドメインがなく、ヒンジ領域とCH3領域との間に位置する短いリンカー配列がある;短いリンカー配列であるL;を用いた。全3つのスペーサーは、表1に詳細に記載される。二つの代替的な膜貫通ドメイン:CD4及びCD28を用いたが、ともに表2に詳細に記載される。二つの代替的な共刺激ドメイン:CD28共刺激ドメインの変異体であるCD28gg、及び4‐1BB;を用いた。ともに表3に詳細に記載される。CARの全ては、表3にも記載される、CD3ζ細胞質シグナル伝達ドメインを含んだ。CARコード配列の次に、T2Aリボソームスキップ配列、及び表面の、シグナル伝達において機能しない、マーカーとしての切断型CD19を同時発現させる切断型CD17配列が続いた。
CD4+細胞及びCD8+細胞を含むバルクの中央記憶T細胞は、表4に示す6つの異なるCARのうちの一つを発現するレンチウイルスを用いて導入された。したがって、CARは、4‐1BB共刺激ドメイン(及びCD4膜貫通ドメイン)又はCD22gg共刺激ドメイン(及びCD28膜貫通ドメイン)のいずれか、及び3つの異なるスペーサードメイン:IgG4(EQ)、IgG4(HL‐CH3)又はL(図2においてEQ、ΔCH2又はLと表わされる)のうちの一つ、を含んだ。FACSは、CARの検出用のCD19(CD19t)及び安定性を決定するscFvの検出用タンパク質Lを発現するT細胞を測定するために、実行された。この分析の結果を図2に示す。
PSCAを発現する前立腺がん細胞
二つの異なる前立腺がん腫瘍細胞株、PC‐3及びDU145を、PSCAを発現するように組換えた。図3Aは、元の細胞及び組換え細胞並びにLCL細胞に関するPSCA発現データを提供する。
様々なPSCA標的T細胞によるINFγ産生
図3B‐Eは、フローサイトメトリで測定された、腫瘍標的(DU145細胞、PC3細胞、PSCA発現ベクターを用いてトランスフェクトされたDU145細胞、又はPSCA発現ベクターを用いてトランスフェクトされたPC3細胞)との5時間の共培養後の、二つの異なるCARのIFNγ産生データ及びCD107a脱顆粒データを提供する。図4D‐Eは、ELISAによって測定された、組換えPSCA又は腫瘍標的を用いた24時間の培養後のCAR T細胞によるIFNγ産生のデータを提供する。ここでも、4‐1BB共刺激ドメインがあるCARは、CD28共刺激ドメインがあるCARよりも、IFNγの産生量が少なく、かつ、脱顆粒マーカーのレベルが低レベルであった。
脱顆粒及び細胞内IFNγ産生のこの評価は、CD22gg共刺激ドメインを含む全てのCARは、野生型DU145細胞及び野生型PC3細胞に対して、非特異的活性を提示し、4‐1BB共刺激ドメインがあるCARsは、非特異的活性は極めて低いことが明らかになった。さらに、CD22gg共刺激ドメインを含むCARは、全体的として4‐1BB共刺激ドメインがあるCARsよりも多くのサイトカインを産生する。
様々なCARによる細胞死滅
CD28共刺激ドメインがあるCARと4‐1BB共刺激ドメインがあるCARの比較(図3Aに記載)により、4‐1BB共刺激ドメインを含むPSCA‐CARsは優れた特異性、増殖及び腫瘍細胞死滅能力を示すことが示された。この分析の結果を図4A‐Eに示す。PSCA発現構築物でトランスフェクトされていない細胞の死滅がより少ないことから(図4A)、腫瘍死滅は、CD28共刺激ドメインがあるCARよりも、4‐1BB共刺激ドメインがあるCARに関して、より特異的であった。4‐1BBがあるCARのPD‐1誘導は低いレベルであった(図4B)。腫瘍標的(DU145、PC‐3、DU145‐PSCA及びPC‐3‐PSCA)との72時間の共培養後に死滅及びPD‐1誘導を測定した。図4Cは、0.25:1~4:1のエフェクター:腫瘍(E:T)比を用いた腫瘍死滅の分析の結果を示す。図4Dは、腫瘍標的との72時間の共培養後の、CAR T細胞の増殖の分析の結果を示し、図4Eは、腫瘍標的(DU145、左;DU145‐PSCA、右)との1、2又は3日間の共培養後のCAR T細胞における腫瘍死滅及びPD‐1誘導の動態を示す。
CAR機能に対するスペーサーの影響
図5A‐Bに示す実験は、スペーサー領域がCD107a発現(脱顆粒)及びIFN-γ産生に影響を与え得ることを示す。CARは全て、CD4膜貫通ドメイン及び4‐1BB共刺激ドメインを含む。
前立腺がん異種移植及び同所性モデルにおける抗腫瘍効果
上記二つのPSCA‐CAR Tは、前立腺がん異種移植及び同所性モデルで効能のある抗腫瘍効果を示す。PC‐3‐PSCA(2×10)細胞を、NSG雄マウスに皮下注射し、腫瘍が約30‐50mmに達したときに、CAR Tcm(5×10)を腫瘍内に注射し、腫瘍成長をキャリパー測定でモニタした(図6A)。DU145‐PSCA(2×10)細胞を、NSG雄に皮下注射し、CAR PBMC細胞(5×10)細胞を静脈内に送達した(図6B)。同所性(orthotopic)モデルの作出のため、PC‐3‐PSCA(2×10)細胞を、NSG雄に脛骨内注射し、CAR PBMC細胞(2×10又は5×10)を、静脈内に送達した(図6C)。パネルBで各群における腫瘍注射後58日目における、血液中のCAR T細胞持続性を評価した(図6D)。
4‐1BBドメインを含むPSCA標的CARは、CD28ドメインと比較して、優れた選択性を示し、T細胞消耗(exhaustion)を低減する
1G8(A11クローン)由来のヒト化PSCAscFv(Lepin et al.2010 Eur J Nucl Med Mol Imaging 37:529)、ΔCH2細胞外スペーサー、CD3ζ細胞溶解性ドメイン及びCD19t細胞トラッカーを含み、共刺激ドメインのみが異なる(4‐1BB対CD28)二つのPSCA‐CAR構築物を比較した(図7A)。本実施例及び実施例8~11は、特に明示しない限り、PBMC由来T細胞で組換えPSCA‐CARsを用いた研究を記載する。例えば、開始細胞表面T細胞表現型が異なる中央記憶T細胞(TCM)をいくつかの研究で用いた(図12)。
2つのPSCA-CARsは、PSCA(ΔCH2)28ζと比較してPSCA(ΔCH2)BBζに関してより低いレベルであるにもかかわらず、scFv及びCD19tのフローサイトメトリ検出で決定されるように安定発現した(図7B)。これらのCAR T細胞は、匹敵するエクスビボT細胞増殖動態(図7C)及び類似の細胞表面T細胞表現型(図7D)を提示した。
次に、EF1αプロモーターの制御下でヒトPSCA遺伝子を発現するように安定に組換えられたいくつかのヒト前立腺がん細胞株、PSCA(ΔCH2)28ζ及びPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞の腫瘍死滅機能(図8A)。PC‐3腫瘍細胞もまた、変異体PGKプロモーター(Frigault et al.2015 Cancer Immunol Res 3:356)によって駆動されるPSCAを用いて組換えて、低抗原密度細胞株(PGK100pと表す)を導出した。LAPC‐9は、内因的にPSCAを発現する、骨転移性前立腺がん罹患患者由来の原発腫瘍異種移植片(primary tumor xenograft)である(Craft et al.1999 Cancer Res 59:503)。PSCA(ΔCH2)28ζ又はPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞を、様々な腫瘍標的と共培養した。細胞イメージングにより、両方のCARsが類似の動態で死滅したことが定性的に示された(図8B)。他の腫瘍死滅アッセイでは、フローサイトメトリを用いて、PSCA(ΔCH2)28ζ及びPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞による腫瘍死滅を定量化した。PSCA(ΔCH2)28ζ及びPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞はともに、同様の効能でPSCA発現腫瘍細胞を死滅させたが、PSCA(ΔCH2)28ζは、野生型非PSCA発現DU145及びPC‐3腫瘍細胞の標的化を示した(図8C)。PSCA発現の定量的リアルタイムPCR分析は、全ての腫瘍標的に対して実行され、野生型DU145及びPC‐3細胞におけるPSCAタンパク質の発現は、フローサイトメトリで検出できなかったが、これらの株でmRNA発現が検出され(図13)、それがCD28含有CARsによる標的化に寄与しえたことが示された。
代替的なPSCA scFv、MB1[33]の影響を検討した(図14A)。MB1及びA11系の4‐1BBを含むPSCA‐CARsはともに、同様に安定発現された(図14B)が、MB1 scFv含有CARsは、A11 scFv含有CARsと比較して、野生型腫瘍細胞で有意に標的化された(図14C)。当該データは、抗原標的化及び共刺激ドメインがCARsの腫瘍選択性を提供するために協働すること、並びに一つのドメインの非選択性が、他のドメインによって駆動される選択性に優先し得ることを示唆する。
選択性が強化され、かつ、野生型非PSCA発現腫瘍細胞の非死滅に加えて、PSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞は、プログラム死‐1(PD‐1)の発現が低減することで示されるように、PSCA(ΔCH2)28ζ CAR T細胞と比較して、消耗の形跡は低下した(図8D)。PSCA(ΔCH2)28ζとPSCA(ΔCH2)BBζとの間のPD‐1発現の差異は、主にCAR T細胞のCD8+サブセットにおいて見られた(図8E)。さらに、同様の傾向は、頑健性がより低いにもかかわらず、LAG3及びTIM3を含む他の消耗マーカーによっても観察された(データ非表示)。
腫瘍細胞との共培養の1、2及び3日における、PSCA(ΔCH2)28ζ及びPSCA(ΔCH2)BBζの死滅能を用いてPD‐1発現の動態を調べた、時系変化死滅アッセイ(図8F)である。これらのデータは、PSCA(ΔCH2)28ζ及びPSCA(ΔCH2)BBζがDU145‐PSCAを等しく死滅させることを定量的に確認したが、PSCA(ΔCH2)28ζのPD‐1発現はより高かった。
他の研究では、PSCA(ΔCH2)28ζ及びPSCA(ΔCH2)BBζを、低PSCA発現腫瘍株(PC‐3‐PGK100p)及び高PSCA発現腫瘍株(PC‐3‐PSCA)に対して、様々なエフェクター:標的(E:T)比で共培養した。この研究は、E:T比がより低い場合、PSCA(ΔCH2)BBζは、PSCA(ΔCH2)28ζと比較して、高PSCA発現腫瘍細胞に関してより選択的であったことを示した(図8G)。同様の知見は、PBMC由来又はTCM由来のPSCA‐CAR T細胞のいずれを用いても観察された(データ非表示)。あわせて、当該データは、4‐1BB共刺激が、PSCA発現が低い方の細胞に対する活性を最小化しつつ、高PSCA発現腫瘍細胞の効能を備え、かつ選択的な死滅をもたらすが、CD28含有CARsには当該標的化選択性がないことを示唆する。
4‐1BB含有PSCA‐CARsは、CD28含有PSCA‐CARsと比較して、減衰されるが選択的なサイトカイン産生を示す
CD28含有PSCA‐CARsと4‐1BB含有PSCA‐CARsとの間の差異を更に調べるため、各々T細胞活性化及びサイトカイン産生を比較するための研究が行われた。当該研究は、DU145‐PSCA腫瘍細胞との一晩の共培養後の、PSCA(ΔCH2)28ζ CAR T細胞と比較した場合、PSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞によるIFNγ産生は有意な減衰したことが示された(図9A)。サイトカイン産生の同様の減衰は、PC‐3‐PSCAに対する4‐1BB含有CARsについても観察された。CD28含有PSCA‐CAR T細胞は、低PSCA発現腫瘍細胞及び高PSCA発現腫瘍細胞に対して同等のIFNγレベルで産生されたが、4‐1BB含有CAR T細胞のIFNγ産生は、低PSCA発現腫瘍細胞に対してより低かった(図9B)。腫瘍細胞によるサイトカイン産生に対する潜在的な非CAR媒介効果を除外するために、プレート結合組換えヒトPSCAタンパク質に対するPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞による同様のIFNγ測定が実行された。CD28含有CAR T細胞は、低レベル又は高レベルのPSCAに対して飽和応答を示したが、4‐1BB含有PSCA‐CAR T細胞によるIFNγ産生は、抗原密度に左右された(図9C)。同様のサイトカイン応答は、PSCA‐CAR T細胞を生成するために用いられるT細胞サブセットから独立して観察された(図15)。
4‐1BB含有PSCA‐CARsは、PSCA発現腫瘍細胞に対するCD107a脱顆粒では、CD28含有CARsと比較してわずかに低減した(図9D及び図9E)。CD107a発現によって測定される、PSCA(ΔCH2)28ζによる非PSCA発現腫瘍細胞の有意な標的化が観察された。PSCA(ΔCH2)28ζ及びPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞の活性化状態は、3日間の腫瘍死滅アッセイにおける4‐1BB(CD137)発現によって測定されたときに匹敵した(図9F)。PSCA‐CAR T細胞の差異がT細胞活性の固有欠失ではなく抗原標的化によるものであることを確かにするために、我々は、プレート結合抗ヒトCD3抗体、OKT3を用いて刺激されたT細胞における同様の活性化(CD137)及び消耗(PD‐1)を確認した(図16)。
PSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞は、皮下前立腺がんモデルにおいて頑健な治療効果を示す
本研究では、皮下PC‐3‐PSCA腫瘍があるマウスは、5×10のPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞の単一の腫瘍内注射を用いて治療された。腫瘍内T細胞注射後、2週間以内に完全な腫瘍退縮が観察された。腫瘍退縮は30日以上にわたって明白であったが、原発腫瘍と同様の動態がある動物の大部分ではその後腫瘍が再発した(図17A)。これについては後述する。CAR T細胞の全身療法がこの固形腫瘍モデルで達成しうるかを確立するため、様々な投与量のPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞を静脈内送達した。5×10のPSCA‐CAR T細胞が腫瘍の完全な退縮を示したが、0.25x10の少量CAR投与量では、同様であるが治療効果の遅延が観察された(図10A)。この知見を大きな腫瘍負荷に拡張すべく、大きなPC‐3‐PSCA腫瘍(約500mm)を、5×10のPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞の単一の静脈内注射で治療した。ここで、急速な腫瘍退縮が観察された(図10B)。ヒトT細胞の有意な腫瘍浸潤はCAR T細胞注入後11日目に観察され(図10C、上方のパネル)、T細胞活性のマーカーであるグランザイムBも発現した(図10D、下方のパネル)。モック処理されたマウスからの腫瘍は、同じ時点でヒトT細胞又はグランザイムBはほとんど発現されなかった。
単一の抗原特異的CAR T細胞治療後の再発は、固形腫瘍の抗原プロファイル(heterogenic antigen profile)が不均一になると予想される現象でありうるが、抵抗/再発の根底にある機構は未だ解明中である。図10Aで観察された腫瘍再発遅延をより深く理解するため、免疫組織化学を用いて、腫瘍細胞上の抗原の継続的な存在及びPSCA‐CAR T細胞の持続性を評価した。興味深いことに、モック治療された腫瘍はPSCAに関して高度に陽性であったが、PSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞治療後に再発した腫瘍はPSCA陰性であった(図17B、上方のパネル)。しかしながら、同じ再発腫瘍では、ヒトT細胞を、腫瘍へのCAR T細胞注入の少なくとも2ヶ月後に採取したにもかかわらず、豊富であった(図17B、中間のパネル)。PC‐3細胞も生体外でHER2を発現し(図17C)、モック治療及びPSCA(ΔCH2)BBζ治療された再発腫瘍がともに、生体内で同等のレベルでHER2を発現したことが確認された(図17B、下方のパネル)。腫瘍がPSCA陰性であり、かつ依然としてCAR T細胞治療に対して感受性であるかを決定するため、再発腫瘍は、モック、PSCA指向性又はHER2指向性のCAR T細胞のいずれかを用いた腫瘍内注射で治療した。再発性のPSCA陰性腫瘍はPSCA‐CARsに対して非応答性であったが、それらはHER2‐CAR T細胞治療に対して感受性であった(図17D)。
PSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞は、骨転移し、骨転移性前立腺がんで抗腫瘍効果を提示する
細胞免疫療法の主要な障害の一つは、固形腫瘍におけるT細胞の有効な輸送及び生存を妨げる免疫抑制的な微小環境である。骨転移性前立腺腫瘍における輸送及び抗原依存性CAR T細胞増殖を直接的に評価するために、ホタルルシフェラーゼ標識されたPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞を、脛骨内野生型PC‐3(解剖学的右脛骨)腫瘍及びPC‐3‐PSCA(解剖学的左脛骨)腫瘍があるマウスに静脈内注射した。興味深いことに、モック及びPSCA‐CAR T細胞はともに腫瘍に対して等しい初期輸送を示したが(T細胞注入の4時間後)、PSCA‐CAR T細胞は、T細胞注射後第1日目にPSCA発現腫瘍で優勢に見出され、4日間の動的イメージングでは増大し(図10D)、PSCA陽性腫瘍における抗原依存性の輸送及び/又はCAR T細胞増殖を示す。次に、PC‐3‐PSCA腫瘍細胞が脛骨内空間の中に注入された研究が行われた。腫瘍移植後14日目に、これらのがんがあるマウスは、投与量を段階的に減少させて、PSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞(0.5×10~5×10)を用いて静脈内治療した(図10E)。5×10又は2.5×10のCAR T細胞を用いて治療した大多数のマウスは完全な腫瘍退縮を示したが、1×10又は0.5×10のCAR T細胞のいずれかを用いて治療されたマウスは、治療応答はより不均一であった(図10F)。同所性研究からの有効な投与量を、0.25×10の少量CAR T細胞投与量を用いて完全な退縮が観察された皮下モデルで用いられる投与量と比較した場合、このモデルの臨床的関連性は明らかである。当該モデルで観察される全体的な治療における不整合は、これらの腫瘍微小環境におけるCAR T細胞の浸潤及び生存の差である可能性が高い。
4‐1BB共刺激は、臨床的に関連する骨転移性前立腺がんモデルにおいて、PSCA‐CARsは持続性に優れ、かつ耐久性のある抗腫瘍応答を提供する
上記の研究を、内因性PSCA発現骨転移性前立腺がん患者由来の腫瘍異種移植片、LAPC‐9を用いて拡張した。腫瘍移植後14日目に、5×10のPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞の単一の静脈内注射で治療されたマウスは、脛骨内の腫瘍部位で腫瘍がほぼ完全に退縮した(図11A)。脛骨内の腫瘍は効果的に標的化されたが、LAPC‐9腫瘍は体内の他の部位に播種され、免疫組織化学で確認すると、様々なリンパ節(腋窩部及び鼠径部)並びに胸腺で特に明白であることが見出された(データ非表示)。これらは、骨における初期の腫瘍退縮後数週間にわたって見かけ上成長したが、最終的にPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞によって根絶された。
PSCA‐CARsの完全な抗腫瘍活性のための持続性のT細胞に対する要求に基づいて、CD28共刺激ドメイン又は4‐1BB共刺激ドメインのいずれかを含むPSCA‐CARsを比較する研究が行われた。PSCA(ΔCH2)28ζ及びPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞はともに骨転移が劇的に退縮したが、CD28含有PSCA‐CARsを受容したマウスは転移性疾患に加えて原発腫瘍部位で再発し、一方では4‐1BB含有PSCA‐CARで治療されたマウスは完全な抗腫瘍応答を示した(図11A及び図11B)。PSCA(ΔCH2)28ζ CAR T細胞治療されたマウスにおける腫瘍再発は、CAR T細胞治療後76日目に血液中のPSAレベルを定量化することで確認された(図10C)。CAR T細胞を治療した動物の血液中で定量化し、CAR T細胞は腫瘍注射後24日目に両方の群で観察されたが、PSCA(ΔCH2)BBζCAR T細胞は76日目に有意に富化され、持続性が高まった(図10D)。全体的に、これらの研究は、前立腺がんの同所性骨転移モデルを含む、複数の腫瘍系で、PSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞による、効能があり且つ耐久性のある抗腫瘍効果を示す。
CARの発現のために使用されたepHIV7の構築及び構造
pHIV7プラスミドは、シティ・オブ・ホープ(COH)のT細胞治療研究所(TCTRL)で導出された様々なCAR発現ベクターの元のプラスミドである。CARの発現に用いられたepHIV7ベクターは、pHIV7ベクターから産生された。重要なことに、このベクターは、CARの発現を駆動するためにヒトEF1プロモーターを用いる。ベクターの5’配列及び3’配列はともに、以前にHXBc2プロウイルスから導き出されたように、pv653RSNから導出された。ポリプリントラクトDNAフラップ配列(cPPT)は、NIH AIDS Reagent RepositoryからのHIV‐1系統pNL4‐3から導出された。ウッドチャック転写後調節エレメント(WPRE)配列は上記した。
pHIV7の構築は、以下のように実行された。簡潔には、介在SL3-ネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子(Neo)とともにgag-polプラス5’及び3’末端反復配列(LTRs)から653bpを含む、pv653RSNは、以下のようにpBluescriptにサブクローニングされた:工程1では、5’LTRからrev‐応答配列(RRE)までの配列でp5’HIV-151を作製し、次いで5’LTRでTATAボックスの上流の配列を除去して修飾し、最初にCMVエンハンサーに連結され、次いでSV40複製開始点で連結された(p5’HIV‐2)。工程2では、3’LTRをpBluescriptにクローニングしてp3’HIV-1を作製後、3’LTRエンハンサー/プロモーターで400bpが削除され、HIV U3におけるシス調節エレメントを除去し、p3’HIV‐2を形成した。工程3では、p5’HIV‐3及びp3’HIV‐2から単離された断片を結合して、pHIV‐3を作製した。工程4では、p3’HIV‐2により余分な上流のHIV配列が除去されてさらに修飾されてp3’HIV‐3が生成され、かつ、p3’HIV‐3にWPREを含む600bpのBamHI‐SalI断片を加えることで、p3’HIV‐4が作製された。工程5では、pHIV‐3RREはPCRによりサイズが縮小され、pHIV‐3からの5’断片(示さず)及びp3’HIV‐4に連結されてpHIV‐6が作製された。工程6では、HIV‐1 pNL4‐3(55)由来のcPPT DNAフラップ配列を含む190bpのBglII‐BamHI断片が、pNL4‐3から増幅され、pHIV6のRRE配列とWPRE配列の間に配置されて、pHIV‐7が作製された。この元のプラスミドpHIV7‐GFP(GFP、緑色蛍光タンパク質)を用いて、4プラスミド系を用いて元のベクターをパッケージングした。
パッケージングシグナル、psiΨ、は、ベクターへのウイルスゲノムの効率的なパッケージングのために必要である。RRE及びWPREは、RNA転写物の輸送及び導入遺伝子の発現を増強する。フラップ配列は、WPREと組み合わせて、哺乳動物細胞におけるレンチウイルスベクターの導入効率を増強することが実証されている。
ヘルパー機能(ウイルスベクターの産生のために必要である)は、組換えにより、複製コンピテントレンチウイルスが生成する可能性を低減させるため、3つの別個のプラスミド:1)pCgpはウイルスベクターアセンブリに必要なgag/polタンパク質をコードする;2)pCMV‐Rev2は、効率的なパッケージング用のウイルスゲノムの輸送のためにRRE配列に作用する、Revタンパク質をコードする;3)pCMV‐Gは、ウイルスベクターの感染性に必要な、水疱性口内炎(vesiculo-stomatitis)ウイルス(VSV)の糖タンパク質をコードする;に分割された。
pHIV7にコードされたベクターゲノムとヘルパープラスミドとの間に最小限のDNA配列相同性が存在する。相同性領域は、pCgpヘルパープラスミドのgag/pol配列中に位置する、約600ヌクレオチドのパッケージングシグナル領域;全3種のヘルパープラスミド中のCMVプロモーター配列;及び、ヘルパープラスミドpCgp中のRRE配列を含む。複数の組換え事象が必要であるため、これらの領域の相同性に複製コンピテント組換えウイルスが生成される可能性は極めて低い。加えて、いかなる結果として生じる組換え体も、レンチウイルス複製に必要な機能的LTR及びtat配列がないであろう。
CMVプロモーターがEF1α‐HTLVプロモーター(EF1p)で置換された、新規なプラスミドをepHIV7と命名した。EF1pは、563bpであり、CMVプロモーターの切除後に、NruI及びNheIを用いてepHIV7に導入された。
野生型ウイルスの病原性に必要な、標的細胞の増殖性感染に必要なgag/pol及びrevが欠失されたレンチウイルスゲノムは、この系から除外される。加えて、CLRX‐IgG4Fc(EQ)‐CD28‐ゼータ‐T2ACD19t_epHIV7ベクター構築物は完全3’LTRプロモーターを含まないため、標的細胞における、結果として生じ発現及び逆転写されるDNAプロウイルスゲノムのLTRsは不活性であろう。この設計の結果、HIV‐1由来の配列は決してプロウイルスから転写されず、治療用の配列のみがそれぞれのプロモーターから発現されるであろう。SINベクターにおいてLTRプロモーター活性が除去されると、宿主遺伝子の意図しない活性化の可能性が有意に低減されると予想される。
T細胞の導入用ベクターの産生
CARを発現する各プラスミドについて、十分な量のプラスミドDNAを産生するために発酵槽への接種に用いられる、シードバンクが生成された。プラスミドDNAを、レンチウイルスベクターの産生に用いる前に、同一性、無菌性及びエンドトキシンについて試験した。
簡潔に、細胞は、無菌性及びウイルス汚染が存在しないこと確認するために試験された293T作業細胞(WCB)から増殖した。293T WCB由来の293T細胞のバイアルを解凍した。ベクター産生及び細胞株維持のため適当数の10層細胞ファクトリー(CFs)を播種するのに十分な数の細胞数になるまで、細胞を生育し増殖させた。単一の細胞株を産生に用いてよい。
レンチウイルスベクターは、10CFsまでのサブバッチで産生した。同じ週に2つのサブバッチを産生してよく、約20Lのレンチウイルス上清/週の産生につなげた。1ロットの産物を産生するため、全てのサブバッチから生成された物質を、下流の処理段階の間プールした。293T細胞うぃ、293T培地(10%FBSを含むDMEM)中でCFs中に播種した。ファクトリーは、37℃のインキュベーター内にあり、CFの全層上で細胞が均一に分布するように水平にならされた。2日後、細胞は、Tris:EDTA、2M CaCl、2X HBS、及び4つのDNAプラスミドの混合物を伴う、CaPO法を用いて、上記4つのレンチウイルスプラスミドを用いてトランスフェクトした。トランスフェクションの3日後、分泌されたレンチウイルスベクターを含む上清を、回収し、精製し、濃縮した。上清をCFsから除去後、生産最終細胞を各CFから回収した。細胞は各ファクトリーからトリプシン処理され、遠心分離により回収された。細胞は凍結培地に再懸濁され、凍結保存された。これらの細胞は、複製コンピテントレンチウイルス(RCL)試験用に後で用いた。
ベクターを精製及び製剤化(formulate)するため、粗製上清を、細胞片を除去する膜濾過で清澄化された。宿主細胞DNA及び残留プラスミドDNAは、エンドヌクレアーゼ消化(Benzonase(登録商標))で分解した。ウイルス上清は0.45μmのフィルターを用いて細胞片から清澄化した。清澄化された上清は予め秤量した容器に回収し、その中にBenzonase(登録商標)を加えた(最終濃度50U/mL)。残留プラスミドDNA及び宿主ゲノムDNAのエンドヌクレアーゼ消化は、37℃で6時間実行された。最初の接線流限外濾過(TFF)濃度のエンドヌクレアーゼ処理された上清を、ウイルスを約20倍濃縮しながら、粗製上清から残留低分子量成分を除去するために用いた。清澄化されたエンドヌクレアーゼ処理ウイルス上清は、フラックス速度(flux rate)を最大化しながら、せん断速度を約4,000秒-1又はそれ以下に維持するように設計された流速で、500kDのNMWCOがある中空繊維カートリッジを通して循環した。濃縮プロセスの間にヌクレアーゼ処理された上清の透析ろ過を開始して、カートリッジの性能を維持した。透析ろ過緩衝液としてのPBS中に4%ラクトースを用いて、80%ろ過液置換率が確立された。透析ろ過は100%の透析液置換率で4回の追加交換容量にわたって続けられ、ウイルス上清を標的体積にして、粗製上清の20倍濃度とした。
高速遠心分離技術を用いて、ウイルス産物のさらに濃縮した。レンチウイルスの各サブバッチを、Sorvall RC-26 plus centrifugeを6000RPM(6,088RCF)、6℃、16‐20時間で用いてペレット化した。次いで、各サブバッチからのウイルスペレットを、PBS中の4%ラクトースで50mL体積に再構成した。この緩衝液中の再構成されたペレットは、ウイルス調製用の最終製剤とする。ベクター濃縮プロセス全体で、体積は約200倍減少した。全てのサブバッチを完了させた後、物質を-80℃に保存した間に各サブバッチ由来の試料の無菌性を試験した。試料の無菌性を確認した後、サブバッチを頻繁に撹拌しながら37℃で急速に解凍した。次いで、物質をプールし、クラスII型A/B3バイオセーフティーキャビネット内でウイルスベクタースイートに手動で分注した。無菌USPクラス6、雄ネジOリングクリオバイアル内の、1mLの濃縮レンチウイルスの充填構成を用いた。COHの応用技術開発センター(CATD)の品質システム(QS)により、CBGのための方針と標準的な運用手順に従い、現在のグッド・マニュファクチャリング・プラクティス(cGMPs)に従って全ての資料をリリースした。
レンチウイルスベクター調製物の純度を確実にするために、残留宿主DNA汚染物質、並びに残留宿主及びプラスミドDNAの移入について試験された。他の試験の中でも、所望のベクターが確実に存在させるため、RT‐PCRでベクター同一性を評価した。この研究での使用を意図したベクターは、全ての放出基準を満たした。
PSCAを標的とするCARの発現に適するT細胞の調製
Tリンパ球は、白血球溶解によって患者から得られ、適当な同種異系又は自己のT細胞サブセット、例えば中央記憶T細胞(TCM)がCARを発現するように遺伝的に操作し、いかなる臨床的に許容される手段によって患者に投与した後に、戻された後、抗がん治療を達成した。
適当なTCMは、以下のように生成されてよい。合意された研究参加者から得られた溶解産物を、フィコール処理し、洗浄し、一晩インキュベートする。その後、細胞は、GMP等級の抗CD14、抗CD25及び抗CD45RA試薬(Miltenyi Biotec)及びCliniMACS(商標)分離装置を用いて、単球、調節性T細胞及びナイーブT細胞集団を枯渇させる。枯渇後、陰性画分細胞(negative fraction cells)は、CliniMACS(商標)分離装置上でDREG56‐ビオチン(COH臨床等級)及び抗ビオチンマイクロビーズ(Miltenyi Biotec)を用いて、CD62L+TCM細胞について富化される(enriched)。
富化後、TCM細胞は、完全X-Vivo15プラス50IU/mLのIL‐2及び0.5ng/mLのIL‐15中に処方され、テフロン(登録商標)細胞培養バッグに移され、Dynal Clin(商標)Vivo CD3/CD28ビーズを用いて刺激される。刺激後の最大5日目まで、細胞は、1.0~0.3の感染多重度(MOI)で所望のCARを発現するレンチウイルスベクターを用いて導入される。培養は、細胞増殖に必要な完全X‐Vivo15並びにIL‐2及びIL‐15サイトカインを追加して(細胞密度を3×10と2×10生存細胞/mLの間に保ち、サイトカイン補充は培養の毎週月曜日、水曜日及び金曜日)、最大で42日間維持される。細胞は、通常、21日以内にこれらの条件下で約10細胞まで増殖する。培養期間終了後、細胞を採取し、2回洗浄し、臨床等級の凍結保存培地(Cryostore CS5, BioLife Solutions)で処方する。
T細胞注入日に、凍結保存及び放出された産物を、解凍し、洗浄し、再輸液用に処方する。放出された細胞産物を含む低温保存バイアルを、液体窒素貯蔵から取り出し、解凍し、冷却し、PBS/2%ヒト血清アルブミン(HSA)洗浄緩衝液で洗浄する。遠心分離後、上清を除去し、細胞は保存料無添加の通常生理食塩水(PFNS)/2%HSA輸液希釈液に再懸濁される。品質管理試験用の試料を取り出す。
実施例7‐11で用いられる技術
細胞株:ヒト転移性前立腺がん細胞株DU145(ATCC HTB‐81)及びPC‐3(ATCC CRL‐1435)は、10%ウシ胎児血清(FBS、Hyclone)を含むRPMI‐1640(Lonza)、並びに100U/mLペニシリン、100μg/mLストレプトマイシン、及び0.25μg/mLのファンギゾンを含む1X抗生物質―抗真菌剤(Gibco)(完全RPMI)中で培養された。ヒト線維肉腫細胞株、HT1080(ATCC CCL‐121)、及びヒト胎性腎臓細胞、293T(ATCC CRL-3216)は、10%FBS、1X抗生物質―抗真菌剤、25mM HEPES(Irvine Scientific)、及び2mM L‐グルタミン(Fisher Scientific)を含むダルベッコ改変イーグル培地(DMEM、Life Technologies))(完全DMEM)中で培養された。ヒト前立腺がん異種移植片LAPC‐9(Robert Reiter博士、UCLAからの贈与)は、20%FBS及び1X抗生物質―抗真菌剤含有イスコフ改変ダルベッコ培地(IMDM、Irvine Scientific)(完全IMDM)中で培養された。LAPC‐9細胞は雄のNOD.Cg‐Prkdcscid IL2rgtm1Wj1/SzJ(NSG)マウス内で継代培養され、単一細胞懸濁液は、以前に記載されたように調製された(Craftら、1999 Cancer Res 59:5030)。簡潔には、腫瘍組織が採取され、ペトリ皿で細かく刻まれ、1%プロナーゼE(Roche)を用いて消化された。完全IMDMによる洗浄に続き、単一細胞懸濁液は、40μm細胞ストレーナ(Falcon)を通して濾過され、再度洗浄され、直ちに凍結された。EBCL転換リンパ芽球様細胞株(LCL)、並びに膜係留CD3イプシロン特異的scFvアゴニストOKT3(LCL‐OKT3(Wangら、2011 Blood 117:1888)を含むLCL細胞は、完全RPMI中で培養された。全ての細胞は37℃、5%COで培養された。DU145及びPC‐3細胞は、STRプロファイリングによって認証され、マイコプラズマ陰性を確認された(DDC Medical、オハイオ)。
DNA構築物及びレンチウイルスの産生:DU145及びPC‐3腫瘍細胞は、EF1αプロモーターの制御下でヒトPSCA遺伝子(受託番号:NM_005672.4)を備えるepHIV7レンチウイルスを用いて導入することにより、PSCAを発現するように操作された。PSCA細胞は、以下に記載するように、マウス抗ヒトPSCA抗体(1G8)で染色され(「細胞内/細胞外染色及びフローサイトメトリ」の節を参照)、次いでFACSはBD FACSAria(商標)特別注文Special Order Research Product (SORP) cell sorterを用いて選別された。低PSCA発現の腫瘍細胞の生成のために、PSCA遺伝子は、以前に記載されたように(Frigaultら、2015 Cancer Immunol Res 3:356)、PGKプロモーターの変異型の制御下に置かれた。A11 scFv(Lepinら、2010 Eur J Nucl Med Mol Imaging 37:529)配列は、Anna Wu及びRobert Reiter両博士(UCLA)からの贈与。MB1 scFv配列は、以前に公開された(Feldmannら、2012 J Immunol 189:3249)。T2Aリボソームスキップ配列によって分離された切断型CD19遺伝子(CD19t)があるCAR構築物は、epHIV7レンチウイルスバックボーン中にクローニングされた。抗原標的化ドメインは、A11又はMB1 scFvのいずれかを含んでいた。細胞外スペーサードメインは、IgG4 Fcスペーサーの第129番目のアミノ酸における長CH2決失型(ΔCH2)を含んでいた(Jonnalagaddaら、2015 Mol Ther 23:757)。細胞内共刺激シグナル伝達ドメインは、CD28膜貫通ドメインがあるCD28又はCD4膜貫通ドメインがある4‐1BBのいずれかのそれを含んでいた。CD3ζ細胞溶解性ドメインは以前に記載されている(Cooperら、2003 Blood 101:1637)。
レンチウイルスは、パッケージングプラスミド及び所望のCARレンチウイルスバックボーンプラスミドでのトランスフェクションの1日前に、T-225組織培養フラスコに293T細胞をプレーティングすることにより生成された。上清は3日から4日後に回収され、濾過され、遠心分離して細胞片を除去され、混入している核酸を除去するために2mMのマグネシウム及び25U/mLのBenzonase(登録商標)エンドヌクレアーゼ(EMD Millipore)と共にインキュベートされた。上清は合わせられ、4℃で一晩の高速遠心分離(6080g)によって濃縮された。次いでレンチウイルスペレットは、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)‐ラクトース溶液(PBSの100mLあたり4gのラクトース)に再懸濁され、アリコートに分けられ、後で用いるために-80℃で保存された。CD19t発現によって決定されるレンチウイルス力価は、HT1080細胞を用いて定量化された。
T細胞単離、レンチウイルス導入及びエクスビボ増殖:白血球アフェレーシス産物(Leukapheresis products)は、シティ・オブ・ホープ(COH)の内部審査委員会(IRH)の承認を受けたプロトコルの下で、合意された研究参加者(健常ドナー)から得られた。白血球アフェレーシスの当日、末梢血単核球(PBMC)は、Ficoll-Paque(GE Healthcare)上での密度勾配遠心分離、続いてPBS/EDTA(Miltenyi Biotec)中での複数回の洗浄によって、単離された。細胞は、室温(RT)で回転機上に一晩休められ、続いて洗浄され、完全X-VIVO中に再懸濁された。全PBMCを利用する研究のために、細胞は、直ちにCryoStor(登録商標)CS5凍結保存培地(BioLife Solutions)中で凍結された。最大で5x10のPBMCは、抗CD14、抗CD25、及び抗CD45RAマイクロビーズ(Miltenyi Biotec)とともに、RTで30分間インキュベートされ、CliniMACS(登録商標)システム(Miltenyi Biotec)を製造者のプロトコルに従って用いて磁気的に枯渇させられた。次いで枯渇したPBMCは、ビオチン化抗CD62L抗体(シティ・オブ・ホープの生物医学・遺伝センター製)とともに室温で30分間インキュベートされ、次いで抗ビオチンマイクロビーズ(Miltenyi Biotec)とともに室温で30分間更にインキュベートされることにより、中央記憶T細胞(TCM)について富化。次いでTCMは、autoMACS(登録商標)システム(Miltenyi Biotec)を用いて製造者のプロトコルに従って用いて、磁気的に富化。TCMを利用する研究のために、細胞は、上述のように直ちに凍結された。PBMC及びTCMの純度及び表現型は、フローサイトメトリで確認された。
新たに解凍されたPBMC又はTCMは、1回洗浄され、100U/mLの組換えヒトIL‐2(rhIL-2、Novartis Oncology)及び0.5ng/mLの組換えヒトIL‐15(rhIL-15、CellGenix)を含む10%FBSを含むX‐VIVO‐15(Lonza)(完全X‐VIVO)中で培養された。CARレンチウイルス導入のために、T細胞は、ビーズ刺激の当日か又は翌日のいずれかに、CD3/CD28 Dynabeads(登録商標)(Life Technologies)、硫酸プロタミン(APP Pharmaceuticals)、(上述のような)サイトカイン混合物、及び様々なMOIの所望のレンチウイルスと共に培養された。スピンオキュレーション(Spinoculation)は、ブレーキなしで32℃、2000rpmで30分間の遠心分離によって実行された。次いで細胞は、2~3日毎に新しいサイトカインを含む完全X‐VIVO中で培養及び補充された。7‐9日後に、ビーズは磁気的に除去され、所望の細胞収率を達成するために、細胞は、サイトカインを含む完全X‐VIVO中で更に増やされた。CAR T細胞は、EasySep(商標)CD19 Positive Enrichment KitI又はII(StemCell Technologies)を製造者のプロトコルに従って用いて、CD19tについて正に選択された。更なる増殖に続いて、生体外(in vitro)機能アッセイ及び生体内腫瘍モデルに先立って、細胞は凍結された。CAR T細胞の純度及び表現型は、フローサイトメトリで確認された。
細胞内/細胞外染色及びフローサイトメトリ:フローサイトメトリ分析のために、細胞は、FACS緩衝液(2%FBS及び1×抗生物質-抗真菌剤を含み、Ca2+、Mg2+、又はフェノールレッド(HBSS-/-, Life Technologies)を含有しないハンクス平衡塩類溶液)中に再懸濁された。PSCA染色のために、Robert Reiter博士、UCLAによってマウス抗ヒトPSCA抗体(1G8)が親切にも提供された。CAR scFvを検出するために、ビオチン化タンパク質L(GenScript USA)が以前に記載されたように使用された[35]。細胞は、二次染色に進む前に、暗所で一次抗体とともに4℃で30分間インキュベートされた。細胞外及び二次染色のために、細胞は、BioLegend、eBioscience、BD Biosciences又はFisher Scientificから購入された、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)、フィコエリトリン(PE)、ペリジニンクロロフィルタンパク質複合体(PerCP)、PerCP‐Cy5.5、PE‐Cy7、アロフィコシアニン(APC)及びAPC-Cy7(又はAPC-eFluor780)抱合型(conjugated)抗体(CD3、CD4、CD8、CD14、CD19、CD25、マウス又はヒト特異的CD45、CD45RA、CD45RO、CD62L、CD95、CD107a、CD137、LAG3(CD223)、PD‐1(CD279)、TIM3(CD366)、CCR7、IFNγ、ヤギ抗マウスIg及びストレプトアビジン)を用いた暗所での4℃、30分間のインキュベーションに先立って、2回洗浄された。細胞生存率は、4’,6‐ジアミジノ‐2‐フェニルインドール(DAPI、Sigma)を用いて測定された。細胞内染色のために、細胞は、固定され、透過処理され(permeabilized)、PE Active-Caspase-3 Apoptosis kit(BD Biosciences)製造者のプロトコルに従って処理された。次いで細胞は、フルオロフォア抱合抗体と共に暗所で4℃、30分間インキュベートされ、FACS緩衝液中での再懸濁及びMACSQuant Analyzer 10(Miltenyi Biotec)上での取得に先立って、2回洗浄された。データは、FlowJo software(v10, TreeStar)を用いて分析された。
生体外細胞機能アッセイ:脱顆粒アッセイ及び細胞内サイトカインアッセイのために、CAR T細胞及び腫瘍標的は、丸底96ウェル組織培養処理プレート(Corning)において外因性サイトカインを含まない完全X-VIVO中で、様々なエフェクター:標的比で共培養された。FITC-CD107aが培養物に添加され、37℃で4‐6時間インキュベートした後、細胞は固定され、上述のようなフローサイトメトリによる分析の前に透過処理された。腫瘍死滅アッセイのために、CAR T細胞及び腫瘍標的は、1~5日間にわたり、96ウェルプレートにおいて外因性サイトカインを含まない完全X-VIVO中で様々なエフェクター:標的比で共培養され、上述のようなフローサイトメトリで分析された。CAR T細胞による腫瘍死滅は、CD45陰性細胞計測数をモックT細胞によって観察されたものに対して比較することにより計算された。
ELISA及びマルチプレックスサイトカインアッセイ:様々な濃度の組換えヒトPSCAタンパク質(アミノ酸23‐95;Abnova)は、高親和性96ウェル平底プレート(Corning)上で4℃、1XPBS中で一晩コーティングされた。ウェルは1X PBSで2回洗浄され、10%FBSで1時間ブロックされ、再度洗浄された。CAR T細胞(200μL中5×10)は、コートされたウェルに加えられた。指定されている場合、腫瘍標的(5×10)が非コートウェル中のT細胞とともにインキュベートされた(最終容量200μL)。37℃で一晩のインキュベーションに続いて、上清が採取され、ヒトIFNγ ELISA Ready-SET-GO!(登録商標)(eBioscience)製造者プロトコルに従って処理された。プレートは、Wallac Victor3 1420 Multilabel Counter(Perkin-Elmer)及びWallac 1420 Workstation softwareを用いて、450nmで読み取られた。代替的に、上清は、Multiplex Bead Immunoassay Kit(Invitrogen)を製造者のプロトコルに従って用いて、複数のサイトカインについて分析された。マウス血清に対するヒトPSA/KLK3 ELISA(Abcam)は製造者のプロトコルに従って行われた。
定量的PCR:腫瘍細胞(0.25×10/mLでプレーティングされた)は、RNA単離の前に1日間培養された。RNAは、RNeasy(登録商標)Mini Kit column purification(Qiagen)を用いて抽出された。cDNAは、SuperScript(商標)IV First-Strand Synthesis System(Invitrogen)を用いて調製された。RNAプライマーは、PSCA(Hs04166224_g1, Life Technologies)又はGAPDH(Hs02758991_g1, Life Technologies)のいずれかに特異的な、TaqMan(登録商標)Gene Expression Assaysを用いて生成された。qPCRは、ViiA(商標)7 Real-Time PCR System(Thermo Fisher)上で実行された。プライマーセットは、単一の融解曲線(melting curve)ピークがある特定のダイナミックレンジにわたる標準曲線を用いて検証された。
標的遺伝子の発現は、GAPDHに対して正規化された。
生体内腫瘍研究:全ての動物実験は、シティ・オブ・ホープの施設動物ケア及び使用委員会の承認を受けたプロトコルの下で実行された。皮下腫瘍研究のために、PC‐3及びDU145細胞(2.5×10)は、HBSS-/-中に調製され、雄NSGマウスの左脱毛腹部に皮下注射した。腫瘍成長は、キャリパー測定を介して週3回監視された。ひとたび腫瘍体積が50‐500mmに達すると、CAR T細胞はPBS中に調製され、腫瘍内(i.t.)又は静脈内(i.v.)のいずれかに注射された。ひとたび腫瘍が直径15mmに達するとマウスは安楽死させられ、腫瘍は採取され、後述されるように免疫組織化学のために処理された。皮下腫瘍が再発した場合、マウスは、PSCA‐CARs又はHER2‐CARsのいずれかを用いた腫瘍内注射によって治療された。末梢血は、ヘパリン処理されたた毛細管(Chase Scientific)を通して、ヘパリン/PBS溶液(1000単位/mL、Sagent Pharmaceuticals)を含むポリスチレンチューブの中に、イソフルラン麻酔したマウスの後眼窩(RO)出血から収集された。マウス1匹あたり約150μLの血液が収集された。血液は、製造者のプロトコルに従って1X Red Cell Lysis Buffer(Sigma)を用いて溶解され、次いで洗浄され、染色され、上述されたようにフローサイトメトリで分析された。
同所性脛骨内腫瘍研究のために、LAPC‐9及びPC‐3‐PSCAは、強化された緑色蛍光タンパク質(eGFP)/ホタルルシフェラーゼ(ffluc)があるレンチウイルスを用いて導入され、ひとたびマウスに移植されると非侵襲的光学的画像化(Xenogen)することを可能にした(結果として生じた株は、LAPC‐9‐eGFP‐ffluc及びPC‐3‐PSCA‐eGFP‐fflucと命名された)。簡潔に、これらの株は、ポリブレン(4mg/mL、Sigma)及びeGFP‐fflucレンチウイルス(上記参照)とともにインキュベートされ、BD FACSAria(商標) SORP cell sorterを用いたGFP細胞についての細胞選別が続いた。新たに選別されたLAPC‐9‐eGFP‐ffluc細胞は、上述されたようにNSGマウス内で継代培養された。PC‐3‐PSCA‐eGFP‐ffluc細胞(2×10)又はLAPC‐9‐eGFP‐ffluc細胞(1.5×10)は、皮下モデルと同様に調製された。マウスは、腫瘍注射に先立ってケタミン/キシラジン及び気体イソフルランの腹腔内(i.p.)注射によって麻酔された。腫瘍細胞(30μLのHBSS-/-中)は、マウス後肢の脛骨内空間に注射された。14日後に、マウスは、CAR T細胞を用いて静脈内注射された。腫瘍成長は、隔週の光学的画像化(IVIS, Xenogen)を介して監視され、フラックスシグナルはLiving Image software(Xenogen)を用いて分析された。画像化のために、マウスは、PBS中に懸濁された150μLのD‐ルシフェリンカリウム塩(Perkin Elmer)を用いて、4.29mg/マウスで腹腔内注射された。
T細胞輸送研究のために、マウスは、右脛骨内空間に野生型PC‐細胞(2×10)を用いて、またび左脛骨内空間にPC‐3‐PSCA細胞(2×10)を用いて、移植された。14日後に、マウスは、eGFP‐fflucがあるレンチウイルスで同時導入された(co-transduced)5×10のモック又はPSCA(ΔCH2)BBζ CAR T細胞を用いて静脈内注射された。T細胞は、CAR富化され、フローサイトメトリで約30%eGFPであると決定された。T細胞輸送は、T細胞注入の4時間後、1日後、2日後及び4日後に、非侵襲的光学的画像化(Xenogen)によって監視された。フラックスシグナルは、上述のように分析された。
免疫組織化学:腫瘍組織は、4%パラホルムアルデヒド(Boston BioProducts)中で最大で3日間まで固定され、更なる処理まで70%エタノール中に保存された。組織学は、シティ・オブ・ホープの組織学コアによって実行された。簡潔に、パラフィン包埋切片(10μm)は、マウス抗ヒトCD3(DAKO)、マウス抗ヒトPSCA(Abcam)、ラット抗ヒトHER2(DAKO)、及びラット抗ヒトグランザイムB(eBioscience)を用いて染色された。画像は、Nanozoomer 2.0HT digital slide scanner及び関連するNDP.view2 software(Hamamatzu)を用いて取得された。
統計学的分析:特に断らない限り、データは平均±SEMとして示される。複数の群の間での統計的比較は、p値を計算するために、不対両側スチューデントt検定を用いて実行された。p<0.05、**p<0.01、***p<0.001;ns、有意ではない。

Claims (16)

  1. 配列番号26、28、30、32、34及び36から選択されるアミノ酸配列を含み、そのうち、5個までの単一のアミノ酸が置換された、ポリペプチド。
  2. 配列番号26、28、30、32、34及び36から選択されるアミノ酸配列を含み、そのうち、2個までの単一のアミノ酸が置換された、請求項1に記載のポリペプチド。
  3. 配列番号26、28、30、32、34及び36から選択されるアミノ酸配列を含む、請求項1に記載のポリペプチド。
  4. 配列番号26、28、30、32、34及び36から選択されるアミノ酸配列からなる、請求項1に記載のポリペプチド。
  5. 配列番号26又は32で表されるアミノ酸配列を含み、そのうち、5個までの単一のアミノ酸が置換された、ポリペプチド。
  6. 配列番号28又は34で表されるアミノ酸配列を含み、そのうち、5個までの単一のアミノ酸が置換された、ポリペプチド。
  7. 配列番号30又は36で表されるアミノ酸配列を含み、そのうち、5個までの単一のアミノ酸が置換された、ポリペプチド。
  8. 配列番号26又は32で表されるアミノ酸配列を含み、そのうち、2個までの単一のアミノ酸が置換された、ポリペプチド。
  9. 配列番号28又は34で表されるアミノ酸配列を含み、そのうち、2個までの単一のアミノ酸が置換された、ポリペプチド。
  10. 配列番号30又は36で表されるアミノ酸配列を含み、そのうち、2個までの単一のアミノ酸が置換された、ポリペプチド。
  11. 配列番号26又は32で表されるアミノ酸配列を含む、請求項1に記載のポリペプチド。
  12. 配列番号28又は34で表されるアミノ酸配列を含む、請求項1に記載のポリペプチド。
  13. 配列番号30又は36で表されるアミノ酸配列を含む、請求項1に記載のポリペプチド。
  14. 配列番号26又は32で表されるアミノ酸配列からなる、請求項1に記載のポリペプチド。
  15. 配列番号28又は34で表されるアミノ酸配列からなる、請求項1に記載のポリペプチド。
  16. 配列番号30又は36で表されるアミノ酸配列からなる、請求項1に記載のポリペプチド。
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