Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common malignant brain cancer that invades normal brain tissue and impedes surgical eradication, resulting in early local recurrence and high mortality. In addition, most therapeutic agents lack permeability across the blood brain barrier (BBB), further reducing the efficacy of chemotherapy. Thus, effective treatment against GBM requires tumor specific targets and efficient intracranial drug delivery. With the most recent advances in immunotherapy, genetically engineered T cells with chimeric antigen receptors (CARs) are becoming a promising approach for treating cancer. By transducing T lymphocytes with CAR constructs containing a tumor-associated antigen (TAA) recognition domain linked to the constant regions of a signaling T cell receptor, CAR T cells may recognize a predefined TAA with high specificity in a non-MHC restricted manner, and is independent of antigen processing. Active T cells can travel across the BBB, providing additional advantage for drug delivery and tumor targeting. Here we review the CAR design and technical innovations, the major targets that are in pre-clinical and clinical development with a focus on GBM, and multiple strategies developed to improve CAR T cell efficacy.

L’immunothérapie représente une avancée majeure dans la prise en charge des patients atteints de cancer. L’utilisation thérapeutique récente des anticorps anti-"checkpoints", qui renforcent la réponse immunitaire cellulaire naturelle anti-tumorale, a relancé l’intérêt d’approches d’immunothérapie cellulaire spécifique dans les cancers. Malgré tout, l’identification d'antigènes capables de stimuler efficacement des lymphocytes T (LT) anti-tumoraux représente un obstacle majeur au développement de telles approches. Pour identifier de tels antigènes, des cellules présentatrices d’antigène (CPA) artificielles (CPAA), capables d’exprimer, après transduction gamma-rétrovirale, des peptides directement codés ou des antigènes entiers, dégradés par ces cellules, comme le feraient des CPA humaines, en peptides présentés au sein de la molécule du CMH de classe I la plus fréquente chez l'homme, HLA-A2.1, ont été développées au laboratoire. Ces CPAA sont capables de stimuler efficacement des LT cytotoxiques (LTC) spécifiques contre des antigènes tumoraux. Deux grandes approches d’identification des antigènes tumoraux d’intérêt thérapeutique, ont été utilisées. La première est une approche directe d’identification des peptides basée sur l’élution des peptides HLA-A2.1-restreints présentés par nos CPAA et leur analyse par spectrométrie de masse. La seconde est une approche d’immunologie inverse basée sur des prédictions in silico d’épitopes HLA-A2.1-restreints reposant sur des données biochimiques des poches du CMH. Dans les deux approches, des tests fonctionnels d’activation de LTC spécifiques ont été effectués avec nos CPAA. Dans la première étude, nous avons utilisé la spectrométrie de masse en tandem couplée à la chromatographie en phase liquide, qui a été jusqu'à présent la technologie permettant l'identification rapide de centaines de ligands du CMH dans différentes approches expérimentales. En partant de CPAA codant les peptides immunogènes connus M1m, M1 ou FSP02, des LTC spécifiques de ces peptides ont été obtenus, et nous avons réussi à les caractériser par spectrométrie de masse. En partant de CPAA codant les protéines entières desquelles ces peptides sont dérivés, des LTC spécifiques des peptides ont également été obtenus mais nous n’avons pas réussi à les caractériser par spectrométrie de masse. Des peptides très immunogènes, capables de stimuler de fortes réponses immunitaires cellulaires anti-tumorales, peuvent donc échapper à une détection par spectrométrie de masse, rendant ainsi discutable l'utilisation de cette technique pour sélectionner des peptides d’intérêt clinique. Dans la deuxième étude, nous sommes partis de peptides prédits. Nous avons pu monter des réponses immunitaires spécifiques contre les néoépitopes FSP25 et FSP26 prédits in silico, dérivés de la protéine mutée CASP5 (-1) retrouvée chez 60% de patients atteints de cancer colorectal (CCR) à instabilité microsatellitaire (IMS). La CASP5 est impliquée dans l’apoptose et nous avons montré que les patients atteints d’un CCR à IMS présentant cette mutation avaient un moins bon pronostic. Nous avons également montré que chez des patients HLA-A2+ atteints d’un CCR à IMS présentant la mutation, des LTC pouvaient être obtenus contre les épitopes FSP25 et FSP26, capables de lyser spécifiquement la lignée cellulaire HLA-A2.1+ HCT116 dérivée d’un CCR à IMS présentant également la mutation, faisant de la protéine mutée CASP5 (-1) une cible thérapeutique de choix chez ces patients. Dans ces deux études, nos CPAA constituaient un outil de choix pour le développement d’approches d’immunothérapie spécifique personnalisée, soit cellulaire adoptive, pour déterminer quels antigènes devraient être ciblés ou pour directement activer et amplifier in vitro des LT injectés in vivo, soit vaccinale, pour déterminer les antigènes les plus immunogènes à inclure dans un vaccin efficace. / Immunotherapy represents a major advance in cancer patient management. Recent use of anti-checkpoint antibodies, that reinforce the natural cellular anti-tumor immune response, has revived interest for specific cellular immunotherapy approaches in cancers. Nevertheless, the difficulty of identifying highly immunogenic tumor antigens capable of specifically stimulating efficient anti-tumor T lymphocytes (TLs) is a considerable barrier to the development of such approaches. In order to identify such antigens, artificial antigen presenting cells (AAPCs) expressing the most common HLA class I molecule, HLA-A2.1, were developed in the laboratory. After gammaretroviral transduction, these AAPCs also express a directly-encoded peptide of interest or a full-length antigen, degraded by these cells into peptides as human antigen presenting cells (APCs) do. These AAPCs are capable of efficiently stimulating specific cytotoxic T lymphocytes (CTLs) against tumor antigens. Two major approaches for the identification of tumor antigens of therapeutic interest have been used. The first one is a direct approach of identification of HLA-A2.1-restricted peptides based on the elution of HLA-A2.1-peptide complexes expressed by our AAPCs and their analysis by mass spectrometry. The second one is a reverse immunology approach based on in silico predictions of HLA-A2.1-restricted epitopes using available MHC pocket biochemical data. In both approaches, functional tests were performed in vitro with our AAPCs to test the immunogenicity of the studied peptides. In the first study, we used tandem mass spectrometry coupled with liquid chromatography, which has been until today the technology of choice for the rapid identification of hundreds of MHC ligands in different experimental approaches. Starting from AAPCs encoding known immunogenic M1m, M1 and FSP02 peptides, specific CTLs could be obtained against these peptides, and we were able to characterize them by mass spectrometry. Starting from AAPCs encoding full length antigens from which these peptides are derived, peptide-specific CTLs were also obtained, but we were unable to characterize them by mass spectrometry. Therefore, highly immunogenic peptides, capable of stimulating strong anti-tumor cellular immune responses, may not be detected by mass spectrometry, rendering questionable the use of this technique for selecting clinically relevant peptides. In the second study, we started from predicted peptides. We were able to mount specific immune responses against FSP25 and FSP26 in silico predicted neoepitopes, derived from the CASP5 (-1) mutated protein found in 60% of microsatellite instability (MSI) colorectal cancer (CCR) patients. CASP5 is involved in programmed cell death and we have shown that MSI CRC patients whose tumors harbored this CASP5 (-1) mutation had less good prognosis. We have also shown that in HLA-A2+ MSI CASP5 (-1)-mutated CRC patients, specific CTLs could be obtained against FSP25 and FSP26 epitopes, capable of specifically lysing HLA-A2+ MSI CRC cell line HCT116 also harboring this mutation. Therefore, the mutated caspase-5 protein might be a therapeutic target of major interest for personalized specific immunotherapy strategies in the context of MSI CASP5 (-1)-mutated CRCs. In both studies, our AAPCs were a tool of choice for the development of personalized specific immunotherapy strategies, either for cellular adoptive approaches, to determine which antigens should be targeted or to directly activate and amplify in vitro antigen of interest-specific TLs which would be transferred in vivo, or for vaccine approaches, to identify the most immunogenic antigens which should be included in an efficacious vaccine

L’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques (CSH) est un traitement standard pour hémopathies bénigne ou malignes et immunodéficience primaire. Cependant, sauf le GvHD et la rechute de la maladie, l’infection microbiologique notamment l’infection virale est la complication fréquente des allogreffes qui est souvent responsable de la morbidité et la mortalité. Ces infections surviennent souvent en l’absence de reconstitution immunitaire. Les traitements médicamenteux anti-viraux qui ne sont pas toujours efficace et avec une toxicité non inégligeable. Donc le traitement prometteux est l’immunothérapie cellulaire notamment celui-ci avec l’injection de lymphocytes T spécifiques anti-viraux (VSTs). A UTCT, la production de VSTs-ADV a été mis au point depuis 2010 et une protocole clinique avec VSTs-ADV est en cours. Donc mon travail est s’inscrit dans ce thème pour produire les VSTs-EBV afin de proposer une protocole clinique. Comme les lymphocytes T ont plusieurs sous-populations, chaque sous-population présente des caractères différentes et leur efficacité en immunothérapie est limité par leur caractère. Notamment avec la découverte de Lymphocytes T mémoire à cellules souches (TSCM) qui joue un rôle très important en immunothérapie anti-cancéreux ou anti-viraux, nous nous intéréssons à étudier la compostion de sous-populations de VSTs. A la fin, c’est toujours avantageux de produire le VSTs contre deux ou plusieurs virus simutanément avec une économie financielle et personnelle. Nous voulons produire le VSTs bispécifique. Dans ce travail, premièrement, nous montrons le résulat de la mise au point de la production de VSTs-EBV de grade clinique qui est confromé à la réglémentation européenne. 6 productions ont été réalisées avec un antigène synthétique préablement défini qui est compatible avec utilisation clinique. In vitro, ces VSTs-EBV montre une spécificité, efficacité et non toxicité. Deuxième, nous illustrons nos résulats sur l’étude déscriptive de sous-populations de VSTs-ADV et CMV. D’abord nous montrons la distribution de sous-populations de VSTs chez les donneurs saints (avant la séléction), puis nous analysons la distribution après séléction immunomagnétique et aussi après expansion in vitro avec cytokine IL-2. A la fin, nous montrons nos résultats préliminaires sur les 3 productions de VSTs bispécifique anti-ADV et anti-EBV. Et nous les comprarer avec les VSTs monospécifique au niveau de qualité de production et spécificité, efficacité et toxicité in vitro / Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) is the standard treatment for malignant or non-malignant hematological disorders or primary immunodeficiencies. However, microbiological infections especially viral infections are the major cause for morbidity and mortality for the patients after HSCT except the GvHD and disease relapse. It comes often in the period of absence of cellular immunity when the antiviral treatment is not always efficiency with an important toxicity. So the alternative treatment is adoptive cellular immunotherapy by infusion of virus specific T cells (VSTs) which has been shown efficacy in virus infections control after HSCT. In UTCT, they have produced the VSTs-ADV with a good procedure conforming to the European laws for clinical use and a clinic trial is in processing. So my work was to produce the VSTs-EBV with the same model aiming to promote a clinic trial in future. Furthermore, there are several subsets of T lymphocytes. Each subset has their own unique feature which decides their efficacy in viral infection control. Especially the discovery of stem cell like memory T cells (TSCM) with an important self-renewed ability which is critical in successful immunotherapy in viral infection or tumor control inspire us to study the distribution of subsets for VSTs. Finally, it’s advantageous to produce the VSTs targeted two or more virus in the same time with one production which is more economical. So we are interested in producing the VSTs bi-specific to ADV and EBV. Here, we present firstly our results of six production of VSTs-EBV with a synthesized antigen which is compatible with clinic use and is defined in advance. Also the specificity, efficiency in eliminating the virus and the non toxicity with a weak alloreactivity are confirmed in vitro after a short-term cell culture with IL-2. Then we showed the results obtained with the T cell subset study in producing the VSTs-ADV for clinical trial and VSTs-CMV for validation of clinical grade medium TEXMACS for cell culture in producing the VSTs. We describe the distribution of T cell subsets in healthy donors (Before selection), also after selection and after expansion in vitro with IL-2. Finally, we present the preliminary results of producing the VSTs bi-specific with three donors, in total 3 VSTs-ADV, 3 VSTs-EBV and 3VSTs-ADV/EBV are generated. The comparison between the bi-specific VSTs and mono-specific VSTs in aspect of specificity, efficiency to eliminate the viral infection and toxicity of presenting the alloreactivity in vitro showed advantage to produce the bi-specific VSTs with one selection in keeping the same specific, efficiency and weak toxicity as mono-specific VSTs

L’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques (CSH) est un des seuls traitements curatifs des hémopathies bénignes ou malignes et des déficits immunitaires primitifs. Cependant, les infections notamment virales ainsi que la réaction du greffon contre l’hôte comptent parmi les complications les plus fréquentes des allogreffes associées à une morbidité et une mortalité élevées. Les infections virales surviennent souvent en l’absence de reconstitution immunitaire spécifique dans un contexte d’immunosuppression liée à la GVHD elle-même ou à la prophylaxie ou au traitement de la GVHD. Les traitements médicamenteux anti-viraux préconisés présentent une efficacité inconstante dans ce contexte d’immunodéficience et ne sont pas dénués de toxicité. L’alternative thérapeutique prometteuse est l’immunothérapie adoptive cellulaire notamment celle qui consiste en l’injection de lymphocytes T spécifiques anti-viraux isolés par technique immunomagnétique (VSTs). Cependant, ces lymphocytes T peuvent être la cible des traitements immunosuppresseurs administrés pour la GVHD mais également par eux-mêmes être potentiellement la cause de la survenue ou de la réactivation d’une GVHD. Nous avons montré dans ce travail que l’efficacité des VSTs, qui repose sur leur expansion in vivo lors de la rencontre avec le virus circulant, est principalement permise par les sous-populations lymphocytaires les plus immatures, même si elles ne sont présentes qu’en faible proportion. Nous défendons dans ce travail le fait que l’efficacité des VST ainsi que leur persistance repose prioritairement sur la présence des sous-populations lymphocytaires T les plus immatures et ce quel que soit le degré de compatibilité HLA entre les VSTs et le receveur. De plus, leur sensibilité modérée aux corticoïdes, que nous avons étudiée in vitro, ne justifie pas la modulation de l’immunosuppression lors de l’injection des ADV-VSTs, comme observé in vivo dans le protocole clinique multicentrique de phase I/II que nous avons mené entre 2012 et 2015. En effet, ce protocole clinique ne rapporte aucune GVHD de novo après injection d’ADV-VSTs ; en revanche, la modulation de l’immunosuppression peut potentiellement être incriminée dans la réactivation de GVHD dans les semaines suivant l’injection des ADV-VSTs. La réalisation d’un essai comparatif de phase II permettra de prouver très clairement le rôle des VSTs dans la réactivation de GVHD. / Hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) is one of the only curative treatments for benign or malignant hematological diseases and primary immune deficiencies. However, viral infections and graft-versus-host disease (GVHD) are among the most frequent complications after HSCT associated with high morbidity and mortality. Viral infections often occur in the absence of specific immune reconstitution in the context of immunosuppression related to GVHD itself or to the prophylaxis or treatment of GVHD. The recommended anti-viral drug treatments have an inconsistent efficacy in this context of immunodeficiency and are not devoid of toxicity. The promising therapeutic alternative is adoptive immunotherapy, in particular the infusion of specific anti-viral T lymphocytes isolated by immunomagnetic technique (VSTs). However, these T lymphocytes may be targeted by immunosuppressive treatments administered for GVHD, but also may be the cause of the onset or reactivation of GVHD. We have shown in this work that the efficacy of VSTs, which is based on their in vivo expansion when they encounter the circulating virus, is mainly allowed by the most immature lymphocyte subpopulations, even in a small proportion. We argue in this work that the efficacy of VSTs and their persistence is mainly based on the presence of the most immature T lymphocyte subpopulations and this regardless of the degree of HLA compatibility between the VSTs and the recipient. Moreover, their moderate sensitivity to corticosteroids, which we have studied in vitro, does not justify the modulation of immunosuppression at the time of infusion of ADV-VSTs, as observed in vivo in the multicenter phase I / II clinical trial we conducted between 2012 and 2015. Indeed, this clinical trial does not report any de novo GVHD after ADV-VSTs infusion. On the other hand, modulation of immunosuppression may potentially be incriminated in the reactivation of GVHD within weeks of ADV-VST infusion. A Phase II comparative trial will bring the evidence of efficacy and will clearly determine the role of VSTs in the reactivation of GVHD