Yes / Big data and machine learning result in agile and robust healthcare by expanding raw data into useful patterns for data-enhanced decision support. The available datasets are mostly small and unbalanced, resulting in non-optimal classification when the algorithms are implemented. In this study, five novel machine learning experiments are conducted to address the challenges of small datasets by expanding these into big data and then utilising Random Forests. The experiments are based on personalised adaptable strategies for both balanced and unbalanced datasets. Multiple datasets from cryotherapy and immunotherapy are considered, however, hereby only immunotherapy is used. In the first experiment, artificially generated data is presented by increasing the observations of the dataset, each new data is four-time larger than the previous one, resulting in better classification. In the second experiment, the effect of volume on classification is considered based on the number of attributes. The attributes of each new dataset are built based on conditional probabilities. It did not make any difference, in obtained classification, when the number of attributes is increased to more than 879. In the third simulation experiment, classes of data are classified manually by dividing the data into a two-dimensional plane. This experiment is first performed on small data and then on expanded big data: by increasing observations, an accuracy of 73.68% is attained. In the fourth experiment, the visualisation of the enlarged data did not provide better insights. In the fifth experiment, the impact of correlations among datasets’ attributes on classification is observed, however, no improvements in performance are achieved. The experiments generally improved performance by comparing the classification results using the original and artificial data.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24998号 / 医博第5032号 / 新制||医||1069(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 佐藤 俊哉, 教授 山本 洋介, 教授 永井 洋士 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Tesis por compendio / [ES] La inmunoterapia es un tratamiento prometedor para el cáncer de mama triple negativo (TNBC), pero los pacientes recaen, lo que destaca la necesidad de comprender los mecanismos de resistencia. En esta tesis doctoral hemos descubierto que, en el tumor primario de cáncer de mama, las células tumorales que resisten el ataque de los linfocitos T son quiescentes. Las células cancerosas quiescentes (QCC) forman nichos con baja infiltración inmune. Estas células QCC exhiben mayor capacidad de regenerar tumores 2 y tienen un perfil de expresión génica relacionado con resistencia a quimioterapia y pluripotencia. Adaptamos la secuenciación de ARN unicelular para obtener también una resolución espacial precisa que nos permitiese analizar los infiltrados dentro y fuera del nicho de QCC. Este análisis transcriptómico reveló la inducción de programas relacionados con la hipoxia e identificó células T más agotadas, fibroblastos supresores y células dendríticas disfuncionales dentro de las áreas de QCC. Esto pone de manifiesto los fenotipos diferenciales en las células infiltrantes según su ubicación intratumoral. Fuimos capaces además de identificar la activación HIF1a específicamente en las QCC como el responsable del fenotipo de exclusión y disfuncionalidad inmune. La activación forzada de HIF1a en células tumorales era suficiente para recapitular el fenotipo observado en las áreas con QCC. Por todo esto, hemos demostrado que las QCC constituyen reservorios resistentes a la inmunoterapia al orquestar un medio inmunosupresor hipóxico localizado que bloquea la función de las células dendríticas y por tanto de los linfocitos T. La eliminación de las QCC es la clave que promete contrarrestar la resistencia a la inmunoterapia y prevenir la recurrencia de la enfermedad en el TNBC. / [CA] La immunoteràpia és un tractament prometedor per al càncer de mama triple negatiu (TNBC), però els pacients recauen, fent destacar la necessitat de comprendre els mecanismes de resistència. En aquesta tesi doctoral hem descobert que al tumor primari de càncer de mama, les cèl·lules tumorals que resisteixen l'atac dels limfòcits T són quiescents. Les cèl·lules canceroses quiescents (QCC) formen nínxols amb baixa infiltració immune. Aquestes cèl·lules QCC exhibeixen més capacitat de regenerar tumors i tenen un perfil d'expressió gènica relacionat amb resistència a quimioteràpia i pluripotència. Hem adaptat la sequ¿enciació d'ARN unicel·lular per obtenir també una resolució espacial precisa que ens permetés analitzar els infiltrats dins i fora del nínxol de QCC. Aquesta anàlisi transcriptòmica va revelar la inducció de programes relacionats 3 amb la hipòxia i va identificar cèl·lules T més esgotades, fibroblasts supressors i cèl·lules dendrítiques disfuncionals dins de les àrees de QCC. Això posa de manifest els fenotips diferencials a les cèl·lules infiltrants segons la seva ubicació intratumoral. Vam ser capaços a més d'identificar l'activació de HIF1a específicament a les QCC com a responsable del fenotip d'exclusió i disfuncionalitat immune. L'activació forçada de HIF1a en cèl·lules tumorals era suficient per recapitular el fenotip observat a les àrees amb QCC. Per tot això, hem demostrat que les QCC constitueixen reservoris resistents a la immunoteràpia en orquestrar un micro-ambient immunosupressor hipòxic localitzat que bloqueja la funció de les cèl·lules dendrítiques i per tant dels limfòcits T. L'eliminació de les QCC és la clau que promet contrarestar la resistència a la immunoteràpia i prevenir la recurrència de la malaltia al TNBC. / [EN] Immunotherapy is a promising treatment for Triple-Negative Breast Cancer (TNBC), but many patients relapse or do not respond, highlighting the need to understand mechanisms of resistance. In this doctoral thesis we discovered that in primary breast cancer, tumor cells that resist T cell attack are quiescent. These Quiescent Cancer Cells (QCCs) form clusters with reduced immune infiltration. They also display superior tumorigenic capacity and higher expression of chemotherapy resistance and stemness genes. We adapted single-cell-RNA-sequencing with precise spatial resolution to profile infiltrating cells (stromal and immune cells) inside and outside the QCC niche. This transcriptomic analysis revealed hypoxia-induced programs and identified the presence of more abundant exhausted T-cells, tumor-protective fibroblasts, and dysfunctional dendritic cells inside clusters of QCCs. This uncovered differential phenotypes in infiltrating cells based on their intra-tumor location with respect to QCCs. We were also able to identify HIF1a expression in QCC as the driver of immune exclusion and dysfunction. Forced activation of a HIF1a program in cancer cells recapitulated the immune phenotype observed in the QCCs' niche. Thus, QCCs constitute immunotherapyresistant reservoirs by orchestrating a local immune-suppressive milieu that blocks DC activation impairing T-cell function. Eliminating QCCs holds the promise to counteract immunotherapy resistance and prevent disease recurrence in TNBC. / Baldominos Flores, P. (2024). Study of immune resistant mechanisms in mouse models of breast cancer [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203657 / Compendio

Cancer is a worldwide health problem and despite advances in traditional treatments i.e. surgery, chemotherapy and radiotherapy, the cure rate remains disappointing for some cancers. Different novel therapeutic strategies are being developed. In this thesis two nontraditional cancer therapy approaches are studied: gene therapy using viral vectors and antitumour vaccination with dendritic cell - tumour cell (DC/TC) hybrids.<p>We have developed a novel ELISPOT titration method for viral vectors that is based on the actual expression of the transgene in target cells. This method was developed with recombinant parvovirus MVM-IL2, but it should be adaptable for other vectors carrying expression cassettes for secreted transgene products for which antibodies are available. The ELISPOT titration method allows for faster and better quantification of transducing units present in vector stocks as opposed to titration by in situ hybridisation (annexe I). The MVMIL2 vector has shown an anti-tumour effect against melanoma in an immunocompetent mouse model (annexe IV). Previous work concerns photodynamic inactivation of adenoviral vectors for biosafety and an in vivo study in which a synergistic effect of antiangiogenesis gene therapy combined with radiotherapy could be shown (annexes V and VI).<p>DC/TC hybrids have been proposed as cancer vaccines for their simultaneous expression of antigen presentation machinery and tumour associated antigens. Hybrids are classically generated by polyethylene glycol (PEG) or electrofusion. These methods however require special skills and equipment and cause rather high cell lethality. Fusion via the expression of viral fusogenic membrane glycoproteins (FMG), such as the vesicular stomatitis virus-G (VSV-G) (annexe III) or the Gibbon ape Leukemia Virus (GaLV) FMG, have recently been described. We have mainly focussed on the latter. Transduction of cells with GaLV-FMG proved to be a limiting step for an efficient generation of hybrids. On the other hand, constitutive expression of GaLV-FMG leads to lethal syncytia formation in human cells. Therefore we developed a novel fusion strategy for the generation of DC/TC cell hybrids that involves the use of a non-human fusogenic cell line that constitutively expresses the GaLV-FMG. With this method we were able to generate reproducible yields of DC/TC triparental hybrids. The formation of tri-parental hybrids via the fusogenic cell line is an interesting alternative to existing DC/TC fusion methods because of its simplicity and its flexibility in the choice of fusion partners, i.e. autologous or allogeneic DCs and tumour cells.<p>Moreover, the tri-parent hybrid system offers the possibility to further enhance the immune response by the addition of transgenes that code for immuno-modulating factors to the fusogenic cell line (annexe II). / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le neuroblastome (NB) est la tumeur extra-crânienne la plus fréquente du jeune enfant. Malgré une thérapie multimodale très agressive, 40% des patients atteints de NB à haut risque rechutent. Le traitement de ces patients consiste à éliminer la tumeur par chirurgie, radiothérapie et chimiothérapie, à reconstituer la moelle osseuse par une greffe de cellules souches autologues et enfin à éliminer la maladie résiduelle (MRD) par une immunothérapie visant l’antigène GD2 exprimé par les neuroblastes. Notre étude préclinique a examiné l’efficacité de deux stratégies de traitements qui visent à potentialiser les thérapies actuelles et réduire leur toxicité. La première consiste à réduire la masse tumorale par la radiothérapie ciblée combinée à des radiosensibilisants. La deuxième approche est basée sur l’activation des cellules natural killer (NK) pour potentialiser l’effet de l’immunothérapie anti-GD2 et éliminer la MRD. L’autophagie est un processus catabolique qui élimine les protéines et organelles endommagées par différents stress incluant les irradiations. Par conséquent, inhiber l’autophagie pourrait sensibiliser les neuroblastes aux irradiations. Or, nous avons montré qu’étant très radiosensibles, les neuroblastes ne sont pas davantage éliminés par les irradiations quand ils sont traités avec un inhibiteur de l’autophagie. De plus, l’absence d’un inhibiteur efficace de l’autophagie à usage thérapeutique ne permet pas actuellement d’adopter cette approche. Notre étude a également permis de révéler une nouvelle approche de stimulation des cellules NK par les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) activées par un ligand du récepteur Toll-like, capable d’éradiquer la MRD et prévenir les rechutes de NB. Nos résultats ont permis, d’une part, d’élucider les mécanismes impliqués dans la lyse des cellules NK activées par les pDC contre les neuroblastes et, d’une autre part, de démontrer que l’axe pDC-NK chez le patient est fonctionnel, augmente l’efficacité de l’anti-GD2 et élimine efficacement les neuroblastes. Ainsi, l’immunothérapie par les cellules NK est une stratégie très prometteuse pour traiter le NB. Cette étude préclinique servira de base à l’élaboration d’un essai clinique pour traiter les enfants atteints de NB au CHU Sainte Justine. / Neuroblastoma (NB) is the most common extracranial solid tumor in childhood. Despite aggressive multimodal therapy, 40% of patients with high-risk NB relapse. The current therapy comprises an induction treatment with chemotherapy and surgery, a consolidation treatment including radiotherapy and high-dose chemotherapy followed by bone marrow rescue with autologous hematopoietic stem cell transplantation and finally anti-GD2 immunotherapy targeting the disialoganglioside (GD2) antigen expressed by neuroblasts to treat minimal residual disease (MRD). Our preclinical study proposes two treatment strategies to potentiate current therapies and reduced toxicities. The first aim to reduce tumor mass by targeted radiotherapy combined with radiosensitizers. The second approach is based on the activation of natural killer (NK) cells to potentiate the effect of anti-GD2 therapy and eliminate MRD. Autophagy is a catabolic process that recycle damaged proteins and organelles, induced under various conditions of cellular stress including irradiation. Therefore, inhibiting autophagy could sensitize neuroblasts to irradiation. However, our study showed that neuroblasts were highly sensitive to irradiation and autophagy inhibitor failed to increase neuroblasts sensitization to irradiation. In addition, the absence of a potent autophagy inhibitor for therapeutic use does not allow this approach to be adopted. Our preclinical study demonstrated a novel approach based on NK cell stimulation with Toll-like activated plasmacytoid dendritic cells (pDC) that enhances the efficacy of anti-GD2 immunotherapy and prevent NB relapse. We elucidated the mechanisms involved in pDC-activated NK cells killing of neuroblasts. We further demonstrated that neuroblasts were efficiently killed by patient’s NK cells after stimulation by activated pDC. This is further increased by the addition of anti-GD2 antibody. Altogether, our study demonstrates that NK cell-based immunotherapy has a real potential to enhance anti-GD2 immunotherapy effect and prevent NB relapse. This preclinical study will serve as a basis for the development of a clinical trial to treat children with NB at CHU Sainte Justine.

Currently, in most situations, the autologous immune system is unable to eradicate the residual leukemic burden persisting after chemo-radiotherapy, but a balance can be established between leukemic and immune cells leading to a clinical remission for several months or years. If this balance is broken, a clinical relapse can occur. The high incidence of relapses in human cancers demonstrates the frequent inefficacy of the immune system to control these residual cells. In this context, allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) has been proven to be the most effective way to reinforce the immune reaction against leukemia, graft-versus-leukemia (GVL) effect and, so, achieve a definitive eradication of the residual disease in a significant proportion of patients. Indeed, the whole concept of HSCT evolved from an organ transplant concept (to replace a defective ill organ with a new healthy one) to the concept of creating an extraordinary immunotherapeutic platform in which the donor immune system contributes to the eradication of the residual leukemic cells. Thus, the past and present issues remain those of finding the best immunomodulatory modalities to achieve a full engraftment, a powerful GVL effect and no or moderate graft-versus-host disease (GVHD). Different ways to reach this goal, such as post transplant cytokine modulation, specific or global cellular depletion of the graft and post transplant global or specific donor immune cell add-backs, are still extensively studied. Nevertheless, the persistent high relapse rate (RR) observed in leukemia patients after HSCT remains the most important cause of death before transplant-related toxicities. Moreover, since only about 40 to 70% (depending on the ethnic context) of patients with high-risk hematological malignancies, eligible for allogeneic HSCT, have a fully HLA-matched sibling or matched unrelated donor (MUD), a great deal of effort has been invested to make the use of an alternative haploidentical sibling donor feasible. The advantage of this procedure is the immediate availability of a donor for almost all patients. <p>The aim of the work described in this thesis has been to implement a strategy to transplant a patient using a HLA haploidentical donor. The strategy is to try to improve DFS that could be applied both in the autologous or allogeneic context: first, by using nonspecific immune manipulation post transplant and then, by developing specific strategies directed against leukemia antigens. Particularly in the allogeneic situation, the aim was to increase the GVL effect without inducing or aggravating the deleterious GVHD. The first part of this thesis described our own clinical results, consisting of three consecutive phase I/II studies, in which we tried to determine the feasibility of giving prophylactic donor lymphocyte infusions (DLI) post transplant and the effect of replacing granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), typically used to speed up neutrophil recovery, with granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), which is known for its immunomodulatory properties. The slow immune reconstitution in haploidentical transplant is chiefly responsible for the high incidence of early lethal viral and fungal infections, and most probably for early relapses; therefore, we sought to accelerate and strengthen the post transplant immune reconstitution without increasing the GVHD rate. Thus, we have studied the impact of post transplant growth factor administration and of unselected DLI in haploidentical transplant. We have also implemented, in our center, anti-cytomegalovirus (CMV) specific T cell generation and infusion to improve anti-CMV immune reconstitution. Since then, our results have been pooled in a multi-center analysis performed by the European Bone Marrow Transplantation group (EBMT) allowing us to compare our results with those of the entire group. We have also participated in the design of an ongoing study aimed at selectively depleting the graft from alloreactive T cells, and improving post transplant T cell add-backs. In our attempts to generate and expand ex vivo lymphocytes (directed against pathogens (CMV) and leukemia-associated antigens, Wilms' tumor gene 1 (WT1) and to use them in vivo, we found inconsistent results (in the case of WT1) using classical clinical grade dendritic cells (DC) generated and matured in bags, as was the case for the majority of the teams worldwide. This led us to question the full functionality of these DC and we undertook a thorough comparative analysis of DC generated and differentiated in bags and in plates (typical for most pre-clinical studies). This analysis showed us that one cannot transpose pre-clinical studies (using culture plates) directly to clinical protocols (generally using clinical grade culture bags) and that DC generated in bags are functionally deficient. We learned that, if we want to use a DC vaccine to improve the GVL effect in haploidentical transplant, we will have to be careful about the technique by which they are generated. To improve immunotherapeutic approaches, the understanding of the mechanisms underlying tumor tolerance and how to manipulate them is critical in the development of new effective immunotherapeutic clinical trials. This is why we currently focus on how to obtain effective in vivo anti-leukemia immune reactions using an ex-vivo manipulated product to trigger the immunotherapeutic response. More specifically, we are analyzing the impact of regulatory T cell (Tregs) depletion and function for an adequate anti-leukemic immune response. This pre-clinical work aims at improving the outcome of leukemia patients who have relapsed and been put back into second remission and at decreasing the RR after HSCT, especially in the field of haploidentical transplantation. <p>In conclusion, haploidentical transplantation has become a valuable tool. The results are at least similar to those obtained using MUD when performed in the same group of patients. Specific immunomodulation post transplant can affect events such as GVHD and GVL, but clinically we are still at the level of nonspecific manipulations. It is our hope that ongoing pre-clinical work will enable us to perform specific anti-pathogen and anti-leukemia immune manipulation that will favorably influence the patient outcome.<p>/<p><p>Dans la majorité des situations, le système immunitaire autologue est incapable d’éradiquer les cellules leucémiques résiduelles qui échappent à la radiothérapie et à la chimiothérapie, cependant un équilibre peut s’établir entre les cellules leucémiques et immunitaires aboutissant à une rémission pouvant durer plusieurs mois ou années. Si cet équilibre se rompt, une rechute clinique peut se déclarer. Dans ce contexte, il est prouvé que la greffe allogénique de cellules souches hématopoïétiques est le moyen le plus efficace de renforcer les réactions immunitaires contre la leucémie par la réaction du greffon contre la leucémie et ainsi d’obtenir une éradication définitive de la maladie résiduelle chez un nombre significatif de patients. En effet, le concept global de l’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques a évolué du concept de transplantation d’organe (remplacement d’un organe malade par un nouvel organe sain) vers celui de créer une extraordinaire plateforme d’immunothérapie à travers laquelle le système immunitaire du donneur contribue à l’éradication des cellules leucémiques persistantes. Donc, la problématique reste celle de trouver les meilleures modalités d’immunomodulation pour achever une prise du greffon, un effet anti-leucémique puissant du greffon, et l’absence ou un minimum d’effet du greffon contre l’hôte. Différentes stratégies existent pour atteindre cet objectif, comme l’utilisation de cytokines pour moduler la reconstitution immunitaire, des déplétions cellulaires globales ou spécifiques du greffon et l’infusion de cellules immunes «globales» ou spécifiques du donneur après greffe. Ces stratégies sont encore largement à l’étude. Néanmoins, la persistance d’un taux de rechute élevé observé chez les patients leucémiques, après allogreffe reste la cause principale de décès, avant celle liée à la toxicité de la greffe. De plus, étant donné que seulement environ 40 à 70% (dépendant de l’origine ethnique) des patients avec une hémopathie à haut risque, éligibles pour une greffe allogénique, ont un donneur familial ou non familial complètement HLA compatible, des efforts importants ont été développés pour rendre faisable l’utilisation de donneurs familiaux alternatifs, haploidentiques. L’avantage de cette approche est l’accès immédiat à un donneur pour quasiment tous les patients.<p>Le but du travail décrit dans cette thèse a été l’implémentation d’une stratégie d’allogreffe utilisant un donneur haploidentique. Le travail vise également à développer de façon plus large des stratégies qui peuvent améliorer le taux de survie sans rechute, non seulement dans le contexte des greffes haploidentiques, mais également dans le cadre des greffes allogéniques en général, ainsi que dans les situations autologues :premièrement, par la manipulation immunitaire non spécifique après greffe et ensuite par le développement de stratégies spécifiques dirigées contre des antigènes leucémiques. En particulier dans la situation allogénique, le but a été d’augmenter l’effet du greffon contre la leucémie sans induire ou aggraver l’effet délétère du greffon contre l’hôte. La première partie de la thèse décrit les résultats cliniques de notre propre protocole de greffe haploidentique, qui a consisté en trois études consécutives de phase I/II. Dans ces études, nous avons voulu déterminer la faisabilité de réaliser des infusions prophylactiques de lymphocytes du donneur après transplantation, et l’impact du remplacement du « granulocyte colony-stimulating factor » (G-CSF), largement utilisé pour permettre une récupération en polynucléaires neutrophiles plus rapide, par du « granulocyte-macrophage colony-stimulating factor » (GM-CSF), lequel est connu pour ses propriétés immunomodulatrices différentes. La reconstitution immunitaire très lente après greffe haploidentique est majoritairement responsable de l’incidence élevée de décès par infections virales et fungiques précoces, et très probablement des rechutes précoces. C’est pourquoi nous avons cherché à accélérer et à renforcer la reconstitution immunitaire post-greffe sans augmenter la fréquence de réaction du greffon contre l’hôte. Nous avons donc étudié l’impact de l’administration de facteurs de croissance et l’infusion de lymphocytes non sélectionnés du donneur en post greffe haploidentique. Nous avons également implémenté dans notre centre, la génération et l’infusion de lymphocytes T spécifiques anti-cytomégalovirus (CMV) afin d’améliorer la reconstitution immunitaire anti-CMV. D’autre part, nos résultats ont été regroupés dans une étude multicentrique menée par le groupe européen de transplantation de moelle osseuse (EBMT), ce qui nous a permis de comparer nos résultats avec ceux de l’entièreté du groupe. Nous avons parallèlement participé à la conception d’une étude actuellement en cours ayant pour but d’améliorer la reconstitution immunitaire après greffe par la déplétion sélective du greffon en lymphocytes T alloréactifs et par l’infusion après greffe de lymphocytes T du donneur également sélectivement déplétés en lymphocytes T alloréactifs. Afin d’optimaliser l’effet anti-leucémique du système immunitaire, nous avons débuté un protocole de vaccination par cellules dendritiques (DCs). Ces cellules dendritiques étaient chargées en lysat de blastes leucémiques dans le cas de patients présentant au diagnostic une leucémie aigue surexprimant l’oncogène 1 de la tumeur de Wilms (WT1). Néanmoins dans nos travaux de génération et d’expansion ex-vivo de lymphocytes T spécifiques de l’antigène WT1, utilisant les DCs de grade clinique, générées et maturées en poches, nous avons rencontré des résultats inconsistants, comme c’était le cas dans la majorité des protocoles cliniques internationaux de vaccination. Nous nous sommes alors posé la question de la fonctionnalité globale de ces cellules et nous avons entrepris une analyse comparative poussée des DCs générées et différenciées en poches ou en plaques. Les DCs générées en plaques sont celles utilisées dans la plupart des travaux précliniques. Cette analyse nous a montré que l’on ne pouvait pas directement transposer les résultats précliniques basés sur des DCs générées en plaques dans des protocoles cliniques basés sur des DCs générées en poches, car ces dernières présentent des déficits fonctionnels importants. Nous avons appris que si l’on voulait utiliser un vaccin à base de cellules dendritiques pour améliorer l’effet du greffon contre la leucémie dans les greffes allogéniques, nous devions être très attentifs quant au protocole utilisé pour la génération de ces vaccins cellulaires. Pour améliorer les approches immunothérapeutiques, la connaissance des mécanismes qui établissent la tolérance tumorale et des façons de manipuler ceux-ci, est critique dans le développement de nouveaux protocoles efficaces. C’est pourquoi nous nous concentrons actuellement sur les conditions nécessaires à l’obtention in vivo d’une réaction immune anti-leucémique efficace lors de l’utilisation d’un produit cellulaire manipulé ex vivo. Plus spécifiquement, nous analysons l’impact de la déplétion en lymphocytes T régulateurs (Tregs) sur la réponse anti-leucémique. Ce travail préclinique a pour but d’améliorer le devenir de patients leucémiques qui ont rechutés et ont été mis en seconde rémission, ainsi que de diminuer le taux de rechute après allogreffe, spécifiquement après greffe haploidentique. <p>En conclusion, la transplantation haploidentique est actuellement un outil précieux pour de nombreux patients. Les résultats sont au minimum similaires à ceux qui sont obtenus par les greffes non-familiales HLA identiques lorsqu’elles sont pratiquées dans les mêmes groupes de patients. L’immunomodulation spécifique après greffe peut affecter des événements comme la réaction du greffon contre l’hôte et la réaction du greffon contre la leucémie, mais en pratique clinique nous en sommes encore au niveau de la manipulation aspécifique. Nous espérons que les travaux précliniques actuels vont nous permettre d’appliquer des stratégies spécifiques et d’obtenir une manipulation immune anti-leucémique qui aura une influence favorable significative sur le devenir des patients. / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, ein Vektorsystem zu entwickeln, dass den simultanen Transfer verschiedener Transgene in CD8+ und CD4+ T-Zellen und dadurch die Herstellung eines immunotherapeutischen T-Zell-Produkts ermöglicht, welches aus zwei unterschiedlich modifizierten T-Zell-Subtypen besteht. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Targeting-Technologie von lentiviralen auf γ-retrovirale Vektoren übertragen. Anschließend wird die Herstellung von Vektoren beschrieben, die spezifisch für murines CD4 oder CD8 sind. Deren Spezifität wurde zum einen durch die exklusive Expression von GFP in CD4+ oder CD8+ Zellen und zum anderen durch den Dosis-abhängigen Verlust des GFP-Signals nach Inkubation dieser Zellen mit CD4- und CD8-blockierenden Antikörpern nachgewiesen. Im dritten Teil der Arbeit wird gezeigt, dass MVm8 und MVm4 primäre T-Zellen spezifisch transduzieren. MVm8-vermittelter Transfer des Ovalbumin (OVA)-reaktiven TZRs OT-I führte zu T-Zellen, die OVA+ Tumor-Zelllinien erkannten und Interferon-γ sezernierten. Der vierte Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der in vivo Transduktion primärer T-Zellen mithilfe von MVm8, welches den OT-I-TZR und eine Luciferase transferiert (MVm8/OT-I-luc). Durch systemische Applikation von MVm8/OT-I-luc wurden T-Zellen in vivo transduziert. Durch Immunisierungen konnten antigen-spezifisches Homing, Expansion und eine anschließende Kontraktion in vivo transduzierter T-Zellen gezeigt werden. Mäuse mit starker OT-I-luc-Expression waren gegenüber einer Infektion durch OVA-transgene listeria monocytogenes geschützt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das in dieser Arbeit entwickelte Vektorsystem in der Lage ist zwischen Subtypen von T-Zellen zu unterscheiden und sie simultan mit unterschiedlichen Transgenen auszustatten. Für MVm8 konnte gezeigt werden, dass es T-Zellen direkt in vivo transduzieren kann. / The aim of this thesis was to generate a vector system that allows the simultaneous transfer of different transgenes into CD8+ and CD4+ T cells, allowing the generation of a immunotherapeutic T cell product comprised of two differently engineered T cell subsets. The first part of the thesis describes the transfer of the measles virus (MV) envelope-based targeting technology from lentiviral (LV) to γ-retroviral (gRV) vectors. The second part reports the generation of two targeting vectors specific for murine CD4 or CD8. The exclusive specificity of MVm4 and MVm8 was proven by expression of GFP in CD4+ and CD8+ reporter cells, respectively, but not in CD4-CD8- cells after transduction, and by a dose-dependent loss of GFP signal after incubation of reporter cells with CD4 or CD8 blocking antibodies before transduction. The third part shows that MVm8 but not MVm4 transduced primary T cells. MVm8-mediated transfer of the ovalbumin (OVA)-reactive TCR OT-I resulted in T cells secreting interferon-γ (IFNγ) upon recognition of OVA+ tumor cell lines. The final part of this thesis describes the in vivo transduction of primary T cells using MVm8 transferring OT-I and a luciferase (MVm8/OT-I-luc). To this end, B6 mice deficient for Rag2 have been repopulated with either polyclonal (B6) or monoclonal T cells derived from P14-TCR transgenic mice (P14). One day later the transferred T cells were transduced in vivo by systemic application of MVm8/OT-I-luc. Upon immunization in vivo-transduced T cells homed, expanded and contracted repeatedly in an antigen-dependent manner. Finally, mice exhibiting strong luc-signals showed improved protection against infections by OVA-transgenic listeria monocytogenes (LM-OVA). In conclusion, the viral vector system developed within this thesis is able to discriminate between the two main T cell subsets and to equip them with distinct transgenes simultaneously.

Les anticorps monoclonaux (AcM) ont été utilisés pour traiter des cancers dès le début des années 1980, en particulier lors du travail pionnier de l’équipe de Ronald Levy dans le traitement des lymphomes. Ces traitements ont pendant longtemps été considérés comme une sérothérapie passive à effet immédiat et à court terme. Cependant, au cours de ces dernières années, le concept d’un effet « vaccinal » des anticorps à usage thérapeutique en oncologie a peu à peu vu le jour du fait de réponses cliniques à long terme observées chez certains patients et de différentes études précliniques. En 2010, notre équipe a démontré que des souris immunocompétentes injectées avec les cellules tumorales EL4-huCD20 et traitées avec un AcM anti-huCD20 générait une réponse immunitaire anti-tumorale à long-terme par le biais de mécanismes dépendants de la région constante de l’anticorps et de lymphocytes T CD4+. Mon travail de thèse a donc porté sur l’analyse des mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels le traitement par un AcM anti-CD20 génère une immunité cellulaire adaptative anti-tumorale. J’ai ainsi pu montrer que le traitement des souris avec l’AcM anti-CD20 conduit à une expansion de lymphocytes Th1 producteurs d’IFN-γ, à l’apparition de lymphocytes T CD4+ effecteurs mémoires spécifiques des cellules tumorales CD20+, et au blocage de l’expansion de lymphocytes Tregs induite par les cellules tumorales. Le rôle central dans la protection anti-tumorale et la genèse d’une réponse adaptative anti-tumorale joué par l’axe IL-12/IFN-γ et leurs principales sources cellulaires, cellules dendritiques (DCs) et cellules NK, a été démontré par des expériences de neutralisation de ces cytokines, qui provoque une importante diminution du nombre de Th1 spléniques, de déplétion des cellules NK, ainsi que par des analyses phénotypiques qui ont permis d’identifier des DCs activées par le traitement - comme le montre l’expression accrue des molécules de classe II du CMH et de co-stimulation CD80 et CD86 - comme une importante source cellulaire de l’IL-12. Enfin, nous avons pu montrer qu’un variant de l’IL-2, liant préférentiellement le récepteur de l’IL-2By et faiblement le récepteur de l’IL-2aBy exprimé majoritairement par les Tregs, permettait l’obtention d’une protection anti-tumorale accrue d’animaux porteurs de tumeurs et traités par l’AcM anti-CD20. En conclusion, nous avons démontré qu’un contexte immunitaire pro-tumoral façonné par la présence d’une tumeur en développement peut être inversé par le traitement par un anticorps anti-tumoral, aboutissant à un contexte anti-tumoral. Qu’une telle réponse immunitaire adaptative cellulaire puisse être observée chez des patients atteints de lymphomes, traités par un anticorps anti-CD20, reste encore à être déterminé. / Monoclonal antibodies have been used to treat cancers since the early 1980s, in particular with the pioneer work of Ronald Levy for the treatment of lymphomas. Those treatments have been considered for a long time as a passive serotherapy with immediate and short term actions. Yet, recently, the idea of a vaccine effect of therapeutic antibodies in oncology have appeared, after preclinical studies and clinic observations suggesting a long term immune response in patients. In 2010, our team demonstrated that immunocompetent mice injected with EL4-huCD20 tumor cells and treated with anti-huCD20 monoclonal antibody generated a long term anti-tumor immune response linked with mechanisms dependent on constant part of antibodies and CD4+ T cells. My PhD work was based on the analysis of cellular and molecular mechanisms by which the treatment by an anti-CD20 mAb generates a cellar adaptive anti-tumor immunity. I could show that the treatment of mice with anti-CD20 antibody lead to the expansion of Th1 lymphocytes IFN-γ producers, to the apparition of effector memory CD4+ T cells specific for CD20 antigen, and to the blockade of the expansion of Treg cells induced by tumor cells. The key role of an adaptive anti-tumor immune response played by IL-12/IFN- γ and their main cellular sources, dendritic cells and NK cells, in the anti-tumor protection and genesis, has been demonstrated by experiments of cytokine neutralization, provoking an important decrease of splenic Th1 number, by NK depletion and by phenotypic analysis that allowed the identification of DCs activated by the treatment – as it is shown by the increased expression of MHC-II and CD80 and CD86 costimulation molecules, - as an important cellular source of IL-12. Finally, we could show that a variant of IL-2, binding preferentially IL-2By with a lower affinity for the IL-2aBy receptor mainly expressed by Tregs, could induce an increased anti-tumor protection of tumor-bearing animals treated with anti-CD20 mAb. In conclusion, we have demonstrated that a pro-tumor immune contexture affected by a growing tumor can be modified by an anti-tumor antibody leading to an anti-tumor contexture. That such cellular adaptive immune response could be observed in lymphoma patients treated with anti-CD20 still need to be determined.

Cancer, historically considered a genetic disease, is currently acknowledged to affect the whole body. Our immune system is one key player that can elicit a response against malignant cells but can also promote tumorigenesis. Tumors avoid immune recognition by creating a suppressive microenvironment and inducing tolerance. T-cells are regarded a major effector cell type in tumor immunotherapy. An important ”switch” needed for T-cell activation involves so-called costimulatory and coinhibitory receptors. In this thesis, experimental tumor models were used to investigate the potential of immunomodulatory antibodies to stimulate immune cells and subsequently eliminate tumors. First, systemic antibody blockade of two negative checkpoint regulators (CTLA-4 and PD-1) present on T-cells was evaluated in combination with local CpG therapy or standard BCG treatment. Indeed, this combinatorial therapy with CpG augmented anti-tumor effects with increased levels of tumor-directed T-cells and reduced tumor-infiltrating Tregs. Secondly, as these immunomodulatory antibodies elicit severe side effects in patients, a local low-dose delivery regimen was explored as an alternative to systemic bolus treatment. Our results demonstrated that an approximately seven times lower dose of aCTLA-4, compared to systemic delivery, could eradicate both primary and distant tumors. CD40-expressing APCs are another potential target in antibody-mediated cancer therapy. CD40-stimulated dendritic cells (DCs) have the capability to activate tumor-directed T-cells to kill tumor cells. We next sought to investigate agonistic CD40 antibody efficacy and in vivo biodistribution when delivered locally compared to the equivalent systemic dose. Anti-tumor effects were dependent on CD8+ T-cells, host CD40 expression and the presence of tumor antigen at the injection site. CD40 antibodies were cleared from the circulation and accumulated in lymphoid organs, where, upon repeated aCD40 dosing, target APC populations increased in numbers and upregulated their surface CD40 expression. Lastly, CD40 agonist antibodies were mixed with nanoparticles to enhance their stimulatory properties. B-cells demonstrated increased proliferative capacity and DCs became more activated when exposed to the cocktail. Further, this combination reduced serum levels of pro-inflammatory cytokines compared to plain antibodies.       The results herein advocate further exploratory studies of the delivery of monoclonal antibodies at the tumor site in order to improve anti-tumor effects and reduce toxicity.

Les anticorps monoclonaux (AcM) ont été utilisés pour traiter des cancers dès le début des années 1980, en particulier lors du travail pionnier de l’équipe de Ronald Levy dans le traitement des lymphomes. Ces traitements ont pendant longtemps été considérés comme une sérothérapie passive à effet immédiat et à court terme. Cependant, au cours de ces dernières années, le concept d’un effet « vaccinal » des anticorps à usage thérapeutique en oncologie a peu à peu vu le jour du fait de réponses cliniques à long terme observées chez certains patients et de différentes études précliniques. En 2010, notre équipe a démontré que des souris immunocompétentes injectées avec les cellules tumorales EL4-huCD20 et traitées avec un AcM anti-huCD20 générait une réponse immunitaire anti-tumorale à long-terme par le biais de mécanismes dépendants de la région constante de l’anticorps et de lymphocytes T CD4+. Mon travail de thèse a donc porté sur l’analyse des mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels le traitement par un AcM anti-CD20 génère une immunité cellulaire adaptative anti-tumorale. J’ai ainsi pu montrer que le traitement des souris avec l’AcM anti-CD20 conduit à une expansion de lymphocytes Th1 producteurs d’IFN-γ, à l’apparition de lymphocytes T CD4+ effecteurs mémoires spécifiques des cellules tumorales CD20+, et au blocage de l’expansion de lymphocytes Tregs induite par les cellules tumorales. Le rôle central dans la protection anti-tumorale et la genèse d’une réponse adaptative anti-tumorale joué par l’axe IL-12/IFN-γ et leurs principales sources cellulaires, cellules dendritiques (DCs) et cellules NK, a été démontré par des expériences de neutralisation de ces cytokines, qui provoque une importante diminution du nombre de Th1 spléniques, de déplétion des cellules NK, ainsi que par des analyses phénotypiques qui ont permis d’identifier des DCs activées par le traitement - comme le montre l’expression accrue des molécules de classe II du CMH et de co-stimulation CD80 et CD86 - comme une importante source cellulaire de l’IL-12. Enfin, nous avons pu montrer qu’un variant de l’IL-2, liant préférentiellement le récepteur de l’IL-2By et faiblement le récepteur de l’IL-2aBy exprimé majoritairement par les Tregs, permettait l’obtention d’une protection anti-tumorale accrue d’animaux porteurs de tumeurs et traités par l’AcM anti-CD20. En conclusion, nous avons démontré qu’un contexte immunitaire pro-tumoral façonné par la présence d’une tumeur en développement peut être inversé par le traitement par un anticorps anti-tumoral, aboutissant à un contexte anti-tumoral. Qu’une telle réponse immunitaire adaptative cellulaire puisse être observée chez des patients atteints de lymphomes, traités par un anticorps anti-CD20, reste encore à être déterminé. / Monoclonal antibodies have been used to treat cancers since the early 1980s, in particular with the pioneer work of Ronald Levy for the treatment of lymphomas. Those treatments have been considered for a long time as a passive serotherapy with immediate and short term actions. Yet, recently, the idea of a vaccine effect of therapeutic antibodies in oncology have appeared, after preclinical studies and clinic observations suggesting a long term immune response in patients. In 2010, our team demonstrated that immunocompetent mice injected with EL4-huCD20 tumor cells and treated with anti-huCD20 monoclonal antibody generated a long term anti-tumor immune response linked with mechanisms dependent on constant part of antibodies and CD4+ T cells. My PhD work was based on the analysis of cellular and molecular mechanisms by which the treatment by an anti-CD20 mAb generates a cellar adaptive anti-tumor immunity. I could show that the treatment of mice with anti-CD20 antibody lead to the expansion of Th1 lymphocytes IFN-γ producers, to the apparition of effector memory CD4+ T cells specific for CD20 antigen, and to the blockade of the expansion of Treg cells induced by tumor cells. The key role of an adaptive anti-tumor immune response played by IL-12/IFN- γ and their main cellular sources, dendritic cells and NK cells, in the anti-tumor protection and genesis, has been demonstrated by experiments of cytokine neutralization, provoking an important decrease of splenic Th1 number, by NK depletion and by phenotypic analysis that allowed the identification of DCs activated by the treatment – as it is shown by the increased expression of MHC-II and CD80 and CD86 costimulation molecules, - as an important cellular source of IL-12. Finally, we could show that a variant of IL-2, binding preferentially IL-2By with a lower affinity for the IL-2aBy receptor mainly expressed by Tregs, could induce an increased anti-tumor protection of tumor-bearing animals treated with anti-CD20 mAb. In conclusion, we have demonstrated that a pro-tumor immune contexture affected by a growing tumor can be modified by an anti-tumor antibody leading to an anti-tumor contexture. That such cellular adaptive immune response could be observed in lymphoma patients treated with anti-CD20 still need to be determined.