IMUNOMODULACIJA I VAKCINE U LEČENJU MALIGNIH TUMORA Prof. Vladimir Kovčin

IMUNOMODULACIJA I VAKCINE U LEČENJU MALIGNIH TUMORA Prof. Vladimir Kovčin

RACIONALA Pod pretpostavkom da je imunski sistem odgovoran za proces spontanih regresija pojedinih tumora, još pre više od 100 godina rođena je ideja da bi stimulacija imunskog odgovora na antigene tumora mogla da dovede ciljano do njihovog uništenja. Spontane regresije karcinoma nisu uobičajen fenomen i javljaju se samo u jednom od 60 do 100 hiljada slučajeva. Opisane su kod: karcinoma pluća, grlića materice, jednjaka, bubrega, hepatocelularnog karcinoma, Kapošijevog sarkoma, mezotelioma, hronične limfocitne i mijeloidne leukemije, akutnih leukemija, limfoma CNS-a, Hodgkinovog i non-hodgkinovog limfoma, fetalnih hepatičnih hemangioma, kavernoznih i multiplih hemangioma CNS-a, neonatalnog fibrosarkoma, retinoblastoma, neuroblastoma i melanoma.

The last cell? Georges Mathe 1922-2010

The last cell in theory

MELANOM DANAS Incidenca od 0,2 u Indiji do 49 na 100 hiljada u Australiji. Mortalitet u stalnom porastu Petogodišnje preživljavanje poboljšano od 40% 1940-tih do 89% u današnje vreme, zahvaljujući stalnom unapređivanju ranog otkrivanja bolesti i novim metodama lečenja.

HEMIOTERAPIJA Efikasnost kod melanoma je minimalna. Dimetil-Triazeno-Imidazol-Carboxamid = Dacarbasine (DTIC) - RR 15-20% ; 10% kod visceralnih metastazah - CR manje od 5 % DTIC u adjuvantnoj terapiji - nije opravdan u gotovo svim kliničkim studijama ne poboljšava OS ni DFS

Epidemiologija karcinoma pluća Karcinom pluća u Evropi: 292 000 novoobolelih 253 300 umrlih Na svetskom nivou: 1.5 miliona novoobolelih 1.18 miliona umrlih NSCLC predstvlja >80% od svih karcinoma pluća Parkin D, et al. CA Cancer J Clin 2005;55:74 108; Ferlay J, et al. Ann Oncol 207;18:581 592

Uznapredovali NSCLC: Hemioterapija Većina pacijenata sa dijagnozom u odmaklom stadijumu imaju lošu prognozu Platinski dubleti Neplatinski dubleti Produženje preživljavanja je umereno

NSCLC modaliteti lečenja Hirurška resekcija je modalitet izbora za rane stadijume bolesti, 5-godišnje stope preživljavanja 75 80% kod T1N0 RT Hirurgija HT Većina pacijenata primaju sistemsku hemioterapiju u neoadjuvantnom/adjuvantnom ili palijativnom pristupu Deslauriers J. Eur Respir J 2002;19(Suppl. 35):61s 70s; Giaccone G, et al. Nat Clin Pract Oncol 2005;2:554 561

IMUNOMODULACIJE U LEČENJU TUMORA 1. stimulacija nespečificnog imuniteta

Najčešće korišćeni agensi u cilju imunomodulacija Megestrol acetat Vitamin-A TF (transfer faktor) Bacillus Calmete-Gerin (BCG) (91% regresija na mestu davanja i 17% udaljenih promena) DTIC + BCG povećava DFS Corinebacterium parvum bolji imunostimulator od BCG bez uticaja na OS Iscador dinitro-hlor-benzen (DNCB) Interferoni (Tip 1: INFα, INFβ, INFτ i INFω, Tip 2: INFγ) Interleukini (IL)

Najviše korišćeni INFα i INFγ (s.c. i.v. i.m.) INFγ nije dokazana efikanost u adjuvantnoj terapiji. INFα u različitim dozama: visoke doze 20 MU/m2 tokom 3-5 dana nedeljno ( medijanu OOS sa 2,8 na 3,8 godina, kao i petogodišnji DFS od 26 na 37% bolesnika) toksičnost G3 67% bolesnika od toga 9% potencijalno opasnih po život, 2 smrtna ishoda usled hepatotoksičnosti. Do skora on je bio jedini odobreni lek od FDA za adjuvantnu terapiju kod melanoma.

Male doze INF 1-3 MU primenjene 2-3 puta nedeljno: ni u jednoj studiji nije dokazano da je primna INF na ovaj način bolja nego samo redovne kontrole bolesnika sa melanomom visokog rizika. Srednje doze INF 6-10 MU na dan: primena INF u ovim dozama efikanija ako se koristi tokom 2 umesto 1 godine pravo mesto primene INF u srednjim dozama u adjuvantnoj terapiji još uvek nije u potpunosti definisano

Efikasnost INF u metastatskoj bolesti je ograničena Jedina dva leka koja su bila odobrena od FDA za ovu inikaciju: DTIC i velike doze Interleukina (IL2)

IMUNOMODULACIJE U LEČENJU TUMORA 2. stimulacija spečificnog imuniteta

VAKCINE Početkom 90-tih otpočela su intenzinija ispitivanja tumo-rskih vakcina. U odnosu na antigen i njegovu formu mogu se podeliti u tri grupe: 1. vakcine bazirane na celoj ćeliji, uključujući i lizate ćelija. 2. vakcine na bazi definisanog antigena kao što su peptidi i gangliozidi 3. vakcine sa dendritičnim ćelijama Plazmid DNA vakcine i rekombinantne vakcine sa virusnim vektorima produkuju tumorske antigene in vivo što omogućava prolongiranu stimulaciju imunskog sistema bolesnika tim antigenima

Autologe vakcine od celih ćelija Priprema se od bolesnikovih tumorskih ćelija kao izvora antigena Prednost: svi tumorski antigeni prisutni u vakcini

Nedostatak: često nema dovoljno tumorskog tkiva (preko 10g) za pravljenje vakcine mogu da stimulišu i normalne regulatorne mehanizme preko CD4 i CD25 T-ćelija koje svojim imunosupresivnim delovanjem mogu da smanje željenu antitumorsku aktivnost vakcine monitoring imunskog odgovora je gotovo nemoguć. zbog prisustva antigena bolesnika mogu da dovedu i do autoimunih fenomena. Na žalost nisu urađene randomizovane kliničke studije faze III koje bi potvrdile efikasnost jer su se pojavili novi oblici vakcina koji su bili atraktivniji za izučavanje.

Alogene vakcine od celih ćelija Nedostatak speifičnosti antigena za određenog bolesnika Polivalentne alogene vakcine su dobijene od multiplih ćelijskih linija - prisustvo što većeg broja MMA. Pravljene sa intaktnim inaktivisanim melanomskim ćelijama ili sa ekstraktima celih ćelija dobijenim destrukcijom ili citolizom, bilo mehaničkim putem ili virusima. Uvek se koriste sa adjuvansom u cilju pojačanja odgovora (BCG, IL, GM-CSF, DETOX) Zbog malog broja bolesnika lečenih ovom vakcinom zaključci o efikanosti za sada nisu pouzdani.

VAKCINE SA DEFINISANIM ANTIGENIMA Prvi MMA identifikovan 1991. korišćenjem TIL za izdvajanje cdna melanomskih ćelijskih linija. Nazvan je melanoma-associted gene 1 (MAGE-1). Istim ili sličnim tehnikama otkriveno je više specifičnih melanomskih antigena. Cancer testis antigeni Diferenciacioni antigeni: Mutacioni antigeni: Gangliozidi: MAGE 1 Melan A/MART - 1 CDK 4 GM 2 MAGE 3 Glikoprotein 100 (gp 100/Pmel 17) b catenin GM 3 BAGE Tirosinaza MUM 1 GD 2 NY ESO 1 GAGE Tirosinaza srodan protein 1 (trp- 1/gp75) Tirosinaza srodan protein 2 (trp- 2) GD 3

Peptidne vakcine Peptidi su slabo imunogeni i u cilju povećanja vezivanja za HLA receptorska mesta koriste se uz modifikaciju strukture zamenom pojedinih aminokiselina ili uz razne adjuvnse: nekompletni Freund-ov adjuvans (IFA), Interleukin-12 (IL-12) ili faktor stimulacije rasta granulocitno-monocitnih kolonija (GM-CSF).

Gangliozidne vakcine Gangliozidi su sialinski glikoproteini prisutni na ćelijskoj membrani. Visoko su eksprimirani na melanomima i drugim neuroendokrinim tumorima. Jedan od najimunogenijih je GM2 i on je najviše ispitivan u konjukciji sa BCG. 1. Detektovana antitela na GM2 klase IgM kod većine bolesnika 2. Nakon više meseci kod bolesnika koji su razvili antitela na GM2 registrovano je značajno duže OS i DFS 3. Potvrđeno je da nema inhibicije u odgovoru antitelima na vakcinu kada se daje sa interferonom i da dolazi do poboljšanja RFS.

MUC1 Tandem Repeat 20aa G S T A P P A H G V T S A P D T R P A P

Overview of MUC1 Expression in Human Tumors Tumor type MUC1 expression (%) No. of tissues Reference Breast 91 1447 Rakha et al (2005) Non-small cell lung cancer 99 231 Data on file, Merck Serono Renal cell carcinoma 84 133 Langner et al (2004) Colorectal 81 243 Baldus et al (2002) Ovarian 83 63 Chauhan et al (2006) SCCHN 82 29 Croce et al (2001) Nasopharyngeal 100 38 Zhong et al (1993) Gastric 77 136 Utsunomiya et al (1998) Prostate 79 89 DeNardo et al (2005) Pancreatic 81 53 Qu et al (2004) Mesothelioma 75 20 Saad et al (2005) Multiple myeloma 59 125 Pileri et al (1989) Multiple myeloma 73 26 Cloosen et al (2006) Esophagus 32 53 Kijima et al (2001) SCCHN, squamous cell carcinoma of the head and neck

MUC1 Biology Functions as an oncogene Promotes invasion and metastasis of tumor cells Known to be involved in cell-to-cell adhesion Confers resistance to genotoxic agents Can affect anti-tumor immune response Known to suppress T-cell functions, impairs dendritic cell function, prevents natural killer cell binding Singh PK, Hollingworth MA. Trends Cell Biol 2006;16:467 476

Stimuvax Proposed Mode of Action This diagram represents the mechanism of action for BLP25 liposome vaccine that is currently the subject of clinical trials (phase IIl). It is not intended to convey any inferences or conclusions regarding the safety or effectiveness of the compound. Neither the safety nor effectiveness of this investigational compound has been established. Data on file, Merck Serono

Phase I/II Stimuvax Clinical Trials in NSCLC Study Phase NSCLC stage Description EMR 63325-002 (BG-LG-300) I IIIB or IV Open-label, safety and dose comparison study EMR 63325-003 (BG-LG-302) II IIIB or IV Open-label, safety and efficacy study EMR 63325-004 (BG-LG-303) II IIIB or IV Open-label, safety and efficacy of Stimuvax in combination with liposomal IL-2 EMR 63325-005 (BG-LG-304) IIb IIIB or IV Open-label, randomized safety and efficacy study of Stimuvax + BSC versus BSC alone EMR 63325-006 (BG-LG-305) II III Non-randomized, open-label safety study of Stimuvax with immunoadjuvant MPL

EMR 63325-002: Results Most frequently reported adverse events: Nausea (53%; grades 1 3) Dyspnea (24%; grades 1 3) Vomiting (24%; grades 1 3) Dizziness (24%; grades 1 3) Immunology was assessed in 12 patients: Induction of a cytotoxic T lymphocyte response seen in 5/12 patients Palmer M, et al. Clin Lung Cancer 2001;3:49-57

Survival distribution function EMR 63325-005: Overall Survival ITT Population 1.00 Stimuvax Control Censored Stimuvax Censored control Median follow-up, months BSC Stimuvax + BSC 56 51 0.75 Median survival, months [95% CI] Hazard ratio [95% CI]; p-value 13.0 [11.2 16.2] 0.75 [0.53 1.04] p=0.09 17.2 [12.9 24.2] 0.50 1-year survival rate, % 55 63 n=83 n=88 2-year survival rate, % 27 41 0.25 3-year survival rate, % 17 31 0 10 20 30 40 50 60 70 Survival time (months) Butts C, et al. J Thorac Oncol 2007;2(Suppl. 4):S332 S333 (Abstract B1-01). Updated information presented at WCLC 2007

EMR 63325-005: Summary ITT Population Patients in the Stimuvax + BSC arm had longer survival than patients in the BSC arm Difference in median survival of 4.2 months (17.2 vs 13.0 months) HR a [95% CI]: 0.75 [0.53 1.04], p=0.09 a Hazard ratio adjusted for response to first-line treatment and stage of disease at study entry Butts C, et al. J Thorac Oncol 2007;2(Suppl. 4):S332 S333 (Abstract B1-01). Updated information presented at WCLC 2007

Vakcine sa dendritičnim ćelijama Dendritične ćelije (DCs) su najpotentnije antigen prezentujuće ćelije. Mogu da se gaje in vitro različitim metodama. Najčešće se pravi kultura dobijena iz periferne krvi od monocita-makrofaga uz stimulaciju sa GM-CSF i IL-4. Potom se ćelije inkubiraju sa peptidnim antigenima i vraćaju u cirkulaciju bolesnika. Može se primeniti i u melanomske metastaze u limfnim žlezdama.

Vakcine sa dendritičnim ćelijama 1. U studijama je dokazano da DC pospešuju imunski odgovor na prisutne antigene. Poređenjem ove vakcine sa monohemioterapijom DTIC u metastatskoj bolesti nije registrovana razlika u efikasnosti posmtrajući RR 2. Studije sa DC vakcinama potvrdile su da je njihova primena bezbedna, da se mogu primeniti s.c, i.d, i.v 3. Ostvaruju signifikantan imunski odgovor na korišćene antigene uz klinički odgovor sa mogućim CR. 4. Dalje kliničke studije faza III bi trebalo da odrede pravo mesto ovih vakcina u lečenju melanoma

KOMENTAR Zbog čega tumorske vakcine pokazuju tako impresivnu antitumorsku aktivnost u prekli-ničkim studijama dok u kliničkim studijama to nije slučaj? Teorije o izostanku imunskog odgovora ili izbegavanju tumora njegovom delovanju. Vakcine same ne mogu da prevaziđu toleranciju ili supresiju imunskog odgovora indukovanu tumorima.

Teškoće slab imunski odgovor kratkotrajan memory kratko traje veličina tumora i terapijski odgovor su obrnuto proporcionalni

TEORETSKI Način na koji bi mogli da se prevaziđu ovi problemi i poveća broj tumor specifičnih T-ćelija: 1. Primenom složenih antigenskih vakcina pomoću CD8 i CD4 epitopa na veći broj MAA čime bi se ostvario dugotrajan potencijlno kurabilan imunski odgovor 2. Pomoću uporedne istovremene stimulacije drugim antigenima 3. Blokadom supresije imunskog odgovora pomoću antitela i malih molekula ili agonista receptora koji posreduju između supresivnih citokina i molekula 4. Eliminacijom supresorskih regulatornih T-ćelija.

Teoretski izbor novih antigena novi načini prezentacije povećanje aviditeta prevazilaženje tolerancije

VEGF targeting Ying-dong Cheng et all. Drug Design, Development and Therapy 2013:7 1315 1322

EGRF targeting Ying-dong Cheng et all. Drug Design, Development and Therapy 2013:7 1315 1322

KUBANSKE VAKCINE Vakcina CIMAvax-EGF je konjugat vakcina od humanizovanog rekombinantnog epidermalnog faktora rasta i rekombinantnog transportnog proteina P64K. Obe pročišćene komponente se povezuju hemijski koristeći reagens glutaraldehid, a potom, hemijski konjugat je pročišćen ultrafiltracijom. CIMAvax EGF je pripremljen kao emulzija kombinujući konjugat sa Montanide ISA 51 (adjuvant) neposredno pre administriranja. Humanizovani rekombinantni EGF (epidermalni faktor rasta) se dobija od kvasca Saccharomyces cerevesiae, i on je molekul polipeptid od 53 aminokiseline, molekularne težine 6,054 Kda. Rekombinantni protein P64K je protein membrane Neisseria Meningitides dobijen rekombinantnim putevima počev od E.coli. Ponaša se kao carrier (transportni protein) povećavajući imunološki odgovor konjugata.

KUBANSKE VAKCINE CIMAher (nimotuzumab) su humanizovana monoklonska antitela koja prepoznaju receptor za epidermalni faktor rasta (EGF-R) sa visokim afinitetom. Antitela su dobijena kloniranjem promenljivih regiona murinskih antitela ior egf/r3 u ljudski imunoglobulinski okvir (Eu za teški lanac i REI za laki lanac). Ovo su IgG1 antitela čija molekulska masa iznosi 150 KD. CIMAher je proizveden iz ćelijske kulture sisara od neizlučujućih NSO ćelija.

Nobelova nagrada 2018 James P. Allison, Tasuku Honjo

Blockade of PD-1 Binding to PD-L1 (B7-H1) and PD-L2 (B7-DC) Revives T-Cells IFN-γ mediated upregulation of tumor PD-L1 IFN-γ IFN-γR Tumor cell Other NFκB P13K CD8+ cytoxic T lymphocyte PD-L1/PD-1 mediated inhibition of tumor cell killing Dendritic cell Priming and activation of T-cells PD-L1 expression on tumor cells is induced by γ-interferon In other words, activated T-cells that could kill tumors are specifically disabled by those tumors Tumor-associated fibroblast Stromal PD-L1 modulation of T-cells Can you generate tumor-killing T-cells? Antigen priming M2 macrophage Can the T-cells get to the tumor? T-cell trafficking T reg cell IL-4/13 Can the T-cells see the tumor? Peptide-MHC expression T h 2 T cell T-cell polarization TGF-β Immune cell modulation of T-cells PD-L2 mediated inhibition of T H 2 T cells Can the T-cells be turned off? Inhibitory cytokines Can the T-cells be turned off? PD-L1 expression on tumor cells PD-1 PD-L1 PD-L2 T-cell receptor MHC-1 CD28 Shp-2 B7.1 Adapted from Chen DS, et al. Molecular pathways: next-generation immunotherapy--inhibiting programmed death-ligand 1 and programmed death-1. Clin Cancer Res. 2012;18:6580-6587 with permission from AACR. Slide credit: clinicaloptions.com

Tumor Immunology Overview IFN-γR 2. 3. IFN-γ mediated upregulation of tumor PD-L1 IFN-γ Other Tumor cell NFκB PI3K PD-L1/PD-1 mediated inhibition of tumor cell killing Dendritic cell PD-1 PD-L1 PD-L2 T-cell receptor MHC-1 CD28 Shp-2 B7.1 1. Priming and activation of T-cells 1. Can you generate tumor-killing T-cells? Antigen priming Can the T-cells get to the tumor? T-cell trafficking Can the T cells see the tumor? Peptide-MHC expression Can the T-cells be turned off? Inhibitory cytokines Adapted from Chen DS, et al. Molecular pathways: next-generation immunotherapy--inhibiting programmed death-ligand 1 and programmed death-1. Clin Cancer Res. 2012;18:6580-6587 with permission from AACR. 2. 3. Can the T-cells be turned off? PD-L1 expression on tumor cells Slide credit: clinicaloptions.com

Proportion (%) Mismatch Repair Deficiency Across Tumor Types (N = 12,019) 18 Late stage 16 Early stage 14 12 10 8 6 4 2 0 Le DT, et al. Science. 2017;357:409-413. Slide credit: clinicaloptions.com

OS (%) PFS (%) Patients enrolled on study Pembrolizumab Response in MMRD Tumors 100 50 80 70 60 50 0 0 6 12 18 24 30 36 100 Time (months) 50 40 30 20 10 Deceased Off treatment Progression 0 0 6 12 18 24 30 36 Time (months) Le DT, et al. Science. 2017;357:409-413. 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Time (months) Slide credit: clinicaloptions.com

Change From Baseline (%) Pembrolizumab in MMRD CRC: Duration of Disease Control Complete and durable responses observed in > 50% of pts with MMRD CRC 125 100 75 50 25 0-25 -50-75 -100-125 Le DT, et al. ASCO 2016. Abstract 103. MMRP CRC MMRD CRC 365 730 Slide credit: clinicaloptions.com

% Change from Baseline SLD % Change from Baseline SLD Pembrolizumab Response in MMRD Tumors (N = 86) 100 Radiographic responses across 12 tumor types at 20 weeks 50 0 Le DT, et al. Science. 2017;357:409-413. Ampulla of Vater Cholangiocarcinoma Colorectal Endometrial cancer Gastroesophageal Neuroendocrine Osteosarcoma Pancreas Prostate Small Intestine Thyroid Unknown Primary -50-100 50 0-50 -100 Best response 20 week response rate Slide credit: clinicaloptions.com

MSI-H Frequency (%) MSI-H Frequency Among Different Types of Cancer 100 80 60 40 20 0 Lee V, et al. Oncologist. 2016;21:1200 1211. Slide credit: clinicaloptions.com

TMB per MB (Mean) Tumor Mutation Burden Across GI Cancers Mean TMB per MB 14 12 10 8 6 4 2 0 11.6 9.9 9.2 8.3 9.0 7.4 7.2 6.7 5.4 5.7 6.4 5.0 Average of TML per MB 14 12 10 8 6 4 2 0 Salem ME, et al. ASCO GI 2017. Abstract 530. Slide credit: clinicaloptions.com

PD-1/PD-L1 Expression Across GI Cancers PD-L1 Expression on Tumor Cells, % 40 30 20 10 0 PD-1 Expression on TILs, % 80 60 40 20 0 = correlation of PD-1/PD-L1 expression with TMB (P <.05) Salem ME, et al. ASCO GI 2017. Abstract 530. Slide credit: clinicaloptions.com

Geoges Mathe 15. october 2010.