La reconnaissance de l’implication du système immunitaire dans le cancer a guidé l’industrie vers de développement d’immunothérapies nombreuses et prometteuses. Or, à l’ère de l’immuno-oncologie, on constate un manque criant de modèles précliniques capables de simuler les interactions immunitaires entre un patient et sa tumeur. Pour remédier à cette situation, nous avons développé des modèles de souris humanisées combinant la reconstitution immunitaire de souris immunodéficiente et l’injection de lignées tumorales issues d’un même donneur. L’utilisation de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) a permis notamment le développement de multiples lignées tumorales à partir d’un seul donneur sain, facilitant ainsi l’accès aux cellules immunitaires nécessaires à l’humanisation des souris. La transformation des cellules primaires ou dérivées d’iPSC a été faite par la transduction lentivirale des proto-oncogènes de la télomérase (hTERT), de Ras oncogénique (HRASV12) et de la région précoce du viruse simen 40 (SV40ER) encodant les gros et petits antigènes T (LgT et SmT). Cette approche permis de générer des tumeurs de haut grade, agressives et peu différenciées à l’aide de fibroblastes primaires et de cellules hépatiques, de cellules souches neurales et d’astrocytes dérivés d’iPSC. Dans tous les cas, les tumeurs ainsi générées ont été efficacement reconnues, infiltrées et souvent rejetées par le système immunitaire autologue implanté. Le rejet partiel de la plupart de ces tumeurs ouvre toutefois la porte à l’évaluation préclinique d’immunothérapies diverses reposant sur les réactions immunitaires anti-tumorales de l’hôte. Par exemple, nous avons pu étudier l’impact d’un traitement d’inhibition du point de contrôle immunitaire PD-1 sur la croissance de tumeurs d’origine fibroblastique où une augmentation marquée du taux d’infiltration immunitaire humaine a été observé sans toutefois mener à une réduction significative du fardeau tumoral. Nous avons aussi pu produire, de façon autologue, des lymphocytes T exprimant un récepteur d’antigène chimérique (CAR) contre le ganglioside GD2, un antigène tumoral préalablement identifié et détecté sur les tumeurs de cellules souches neurales générées par notre approche. L’efficacité cytotoxique de ces CAR a ainsi pu être validée in vitro dans un système autologue. Finalement, nous avons utilisé le modèle de tumeurs fibroblastiques dans des contextes immunitaires autologues et allogéniques pour déterminer si le potentiel immunomodulateur des cellules stromales mésenchymateuses (MSC) pouvait affecter la croissance tumorale. Selon nos résultats, les MSC n’auraient aucun effet ni sur le taux d’émergence et de croissance tumoral, ni sur l’infiltrat immunitaire, suggérant que leur utilisation thérapeutique serait sécuritaire en ce qui concerne ce type de tumeurs ayant préalablement un microenvironnement tumoral immunosuppresseur. En somme, les modèles innovateurs décrits dans cette thèse visent à améliorer la qualité prédictive des modèles murins précliniques en immuno-oncologie en récapitulant certaines interactions immunitaires entre un patient et sa tumeur. La grande flexibilité de cette approche permettra d’adapter aisément le modèle aux problématiques d’intérêt, tant fondamentales que précliniques. / Identification of the human’s immune system implication in cancer has guided the biotech industry towards the development of numerous and promising cancer immunotherapies. However, in the era of immuno-oncology, a distinct lack preclinical models can simulate the interactions between a patient’s tumor and immune cells. To tackle this issue, we developed humanized mouse models combining immune reconstitution of immunodeficient mice and injection of tumor cells lines from the same human donor. The use of induced pluripotent stem cells (iPSC) allowed the generation of multiple tumorigenic cell lines from a single donor, facilitating access to autologous immune cells necessary for mouse immune humanization. The transformation of primary or iPSC-derived cell lines was done using lentiviral transduction of proto-oncogenes telomerase (hTERT), oncogenic Ras (HRASV12) and simian virus 40 early region (SV40ER) encoding large and small T antigens (LgT and SmT). This approach allowed to generate high grade, aggressive and undifferentiated tumors from primary fibroblasts and iPSC-derived hepatic cells, neural stem cells and astrocytes. In all cases, such tumors were efficiently recognized, infiltrated and often rejected by the implanted autologous immune system. However, partial rejection of most tumors allows for preclinical evaluation of targeted immunotherapies relying on the hosts’ pre-existing immune response. For instance, we could study the impact of PD-1 checkpoint blockade inhibition on tumor growth in fibroblastic tumors where a significant increase in tumor infiltration was observed, but without an associated decrease in tumor burden. We could also produce autologous chimeric antigen receptor (CAR)-expressing T lymphocytes against GD2 ganglioside, a previously described tumor antigen detected on our neural stem cell-derived tumor cells. Cytotoxic efficiency of these autologous CAR T cells could thus be validated in vitro. Finally, we used our fibroblast-derived tumor models in autologous and allogeneic settings to determine if mesenchymal stem cells’ (MSC) immunomodulatory potential could impact tumor growth. Our results showed that MSC had no effect neither on tumor emergence and growth nor on immune infiltration, suggesting therapeutic use of these cells should be safe regarding such tumors already harboring a strongly immunodeficient microenvironment. Overall, the novel models described in this thesis aim at improving the predictive capacity of mouse pre-clinical models in immuno-oncology by recapitulating some immune interactions between a patient and its tumor. The great flexibility of this approach will allow for easy adaptation to many research problematics both preclinical and fundamental.

De nombreuses données suggèrent que le succès thérapeutique de certaines chimiothérapies conventionnelles, radiothérapies, ainsi que des thérapies ciblées est dû à leur capacité a induire la mort cellulaire immunogène (ICD), ce qui stimule la libération ou l'exposition des motifs moléculaires associés à un dommage (DAMPs) conduisant à leur reconnaissance par le système immunitaire, rétablissant ainsi l'immunosurveillance. En utilisant un criblage non polarisé, le crizotinib a été identifié en tant qu'inhibiteur de tyrosine-kinase ayant la capacité de stimuler la libération de caractéristiques distinctives de l’ICD. Des expériences faites par la suite ont montréque le crizotinib induit l'exposition de la calreticulin, la sécrétion d'ATP et la libération d’HMGB1, ainsi que le stress du réticulum endoplasmique dans les lignées cellulaires cancéreuses murines et humaines, notamment en combinaison avec les agents non immunogènes tel que le cisplatine. L’ICD causée par la combinaison du crizotinib avec la chimiothérapie a aussi été observée dans les cellules du cancer bronchique non à petites cellules (NSCLC), cellules ne possédant pas de mutations activatrices d’ALK ou ROS1 ; cela suggère un mode d'action hors-cible. Des études comparatives ont montré que seule la conformation utilisée en clinique, l’isoforme (R)-crizotinib, a la capacité de stimuler l’ICD ; le (S)-énantiomère ne possède pas ces caractéristiques. Combinées au cisplatine, les cellules fibrosarcome MCA205 et les cellules cancéreuses du poumon TC-1 traitées avec le crizotinib ont vacciné efficacement les souris immunocompétentes syngéniques contre la croissance des cellules vivantes de même type. Le crizotinib a amélioré l'efficacité de la chimiothérapie dans trois modèles de cancer du poumon orthotopiques : transplantable, induit par des carcinogènes et induites par les oncogènes. De façon remarquable, l’effet du crizotinib est aboli si un des signaux de l’ICD est bloqué. L'efficacité anticancéreuse dans chaque modèle s’est révélé être lié à l'infiltration de lymphocytes T, montrant l’implication d’une réaction immunitaire. Cela a été confirmé par des expériences chez des souris immunodéficientes (nu/nu, déficientes en thymodépendantes lymphocytes T) et dans des souris immunocompétentes dans lesquelles l’interféron gamma a été neutralisé à l’aide d’un anticorps ; l’effet du crizotinib était aboli dans les deux modèles. La combinaison du crizotinib avec le cisplatine a entraîné un accroissement de l'expression de PD-1, PDL-1 et CTLA-4 dans la tumeur, s’accompagnant par conséquent d'une sensibilisation importante des NSCLC à l'immunothérapie avec des anticorps anti-PD-1 et CTLA-4. Ainsi, la combinaison du crizotinib avec la chimiothérapie conventionnelle et les inhibiteurs des points de contrôle immunitaire peuvent être actifs contre le NSCLC. Les données présentées dans cette thèse pourraient faciliter la conception d’essais cliniques afin d’établir de nouvelles stratégies combinatoires pour le traitement des NSCLC. / Accumulating evidence suggests that certain conventional chemotherapies, radiotherapies, as well as targeted therapies mediate their long-term therapeutic success by inducing immunogenic cell death (ICD), which stimulate the release or exposure of danger-associated molecular patterns from or on cancer cells, causing their recognition by the immune system, thus reinstating immunosurveillance. An unbiased screen identified crizotinib as a tyrosine kinase inhibitor that is potent in provoking hallmarks of ICD. In subsequent low-throughput validation experiments, crizotinib promoted Calreticulin exposure, ATP secretion, HMGB1 release, as well as ER stress in both human and murine cancer cells, especially if it is combined with normally non-ICD inducing chemotherapeutics such as cisplatin. ICD induced by the combination of chemotherapy and crizotinib was also observed in non-small cell lung carcinoma (NSCLC) cells lacking activating mutations of the crizotinib targets ALK and ROS1, suggesting an off-target-mediated mode of action. Comparative studies indicated that exclusively the clinically used (R) isoform of crizotinib was efficient in inducing cell death and stimulating ICD hallmarks whereas the (S) enantiomer lacked those characteristics. When combined with cisplatin, crizotinib-killed fibrosarcoma MCA205 cells as well as lung cancer TC-1 cells efficiently vaccinated syngeneic immunocompetent mice against a re-challenge with live cancer cells of the same types. Crizotinib improved the efficacy of chemotherapy with non-ICD inducers (such as cisplatin and mitomycin C) on three distinct (transplantable, carcinogen- or oncogene induced) orthotopic NSCLC models, none of which relied on the activation of ALK or ROS1. Of note these anticancer effects were completely lost if any of the ICD signals was blocked. These anticancer efficacies in different models were linked to an increased T lymphocyte infiltration as a sign of an immune response and were lost if such tumors grew on immunodeficient (nu/nu) mice that are athymic and hence lack thymus-dependent T lymphocytes, or on immunocompetent mice with a neutralization of interferon-. The combination of cisplatin and crizotinib led to an increase in the expression of CTLA-4, PD-1 and PD-L1 in tumors, coupled to a strong sensitization of NSCLC to immunotherapy with antibodies blocking CTLA-4 and PD-1. Hence, a combination of crizotinib, conventional chemotherapy and immune checkpoint blockade may be active against NSCLC, and these data might facilitate the design of clinical trials to evaluated novel combination regiments for the treatment of NSCLC.

Head and neck squamous cell carcinoma encompasses a complex and heterogeneous group of malignant diseases. Originally, this tumor type was associated with tobacco and alcohol consumption. However, a significantly expanding subset of tumors associated with oncogenic human papillomavirus infection arising in deep tonsillar crypts was identified within the last decades. Due to the essential role of the immune system in antiviral and anticancer immune response, the prognosis of patients is significantly influenced by the volume, composition and functional capacity of the immune infiltrate. The immunosuppressive landscape of head and neck cancer leads to unfavorable outcome of patients and decreased efficacy of immunotherapy. The response rate to standard treatment is high, however, standard therapy is accompanied by considerable toxicity influencing the quality of life. In 2016, the first immunotherapeutics for the treatment of patients with recurrent squamous cell carcinoma of the head and neck were approved - the anti-PD-1 immune checkpoint inhibitors nivolumab and pembrolizumab. This type of therapy, based on mitigation of immunosuppression, shows strong efficacy and less toxicity in combination with other therapies. Therefore, anti-PD-1 immunotherapy was recently approved in the first-line...

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Generierung und Evaluation von Natürlichen Killerzellen, die EGFRvIII-positive und SDF-1alpha sekretierende primäre Glioblastomzellen aufspüren, erkennen und effizient abtöten können. Die Kombination der gelenkten Zytotoxizität mit einer optimierten Migration von Effektorzellen des Immunsystems wird auf Grundlage der in dieser Arbeit gewonnenen Daten als ein vielversprechender Ansatz für eine zukünftige Therapie des primären Glioblastoms vorgeschlagen.

L’immunothérapie a permis des avancées majeures dans la thérapie du cancer. Le traitement par des cellules T modifiées pour exprimer un récepteur chimérique d’antigène (CAR) a changé complètement la vision de la thérapie de la leucémie. L’efficacité de ce traitement sur des cancers résistants, a ouvert la voie à la thérapie cellulaire et génique dans ce contexte. Malgré les premiers résultats très positifs, il s’avère que l’épuisement cellulaire et la perte des cellules T thérapeutiques est un problème majeur pour maintenir l’efficacité de la thérapie CAR et prévenir les rechutes. Les travaux présentés dans cette thèse visent à permettre l’utilisation d’autres types cellulaires pour la thérapie CAR. L’hypothèse de travail est que les cellules NK ou les cellules souches hématopoïétiques (HSC) permettrait de dépasser les limites de la thérapie CAR utilisant les cellules T. Pour permettre l’utilisation des cellules NK, un des problèmes technique est la transduction par les vecteurs viraux. Les travaux présentés ici démontrent que l’utilisation de l’enveloppe BaEV permet une transduction efficace des NK avec un vecteur lentiviral. Par cette méthode nous avons pu générer de grandes quantités de cellules NK transduites avec un CAR, prouvant la possibilité d’utiliser les NK dans la thérapie CAR. L’utilisation des HSC dans la thérapie CAR, permettrait de produire des cellules CAR T en permanence pour renouveler les cellules T épuisées. Cependant, la surexpression d’un récepteur CAR sur toutes les cellules dérivant des HSC pourrait être un problème. Pour permettre l’utilisation des HSC, nous avons développé des promoteurs spécifiques courts restreignant l’expression du transgène à une population précise. Nous avons prouvé la spécificité d’un promoteur T et démontré la possibilité de l’utiliser dans le contexte de la thérapie CAR utilisant les HSC. Ces travaux sont une preuve de concept de l’utilisation d’autres cellules que les cellules T dans la thérapie CAR. / Immunotherapy has allowed major advances in cancer therapy. The treatment using modified T cells with a chimeric antigen receptor (CAR) completely changed the vision of leukemia therapy. The efficiency against resistant cancer paved the way to cellular and gene therapy in this context. Despite very positive results at first, the disappearance and exhaustion of therapeutic cells seems to be a major problem to maintain the efficiency of the CAR treatment and prevent relapses. The work of this thesis is to allow the use cell types other than T cells for CAR therapy. The hypothesis is that NK cells or hematopoietic stem cells (HSC) could overcome the limitation of CAR therapy using T cells. To allow the use of CAR NK cells, a major technical issue is the transduction by viral vectors. The work presented here shows the use of BaEV envelope to pseudotype vectors allows an efficient transduction of NK cells. Using this method, we were able to produce large amounts of CAR NK cells, showing the possibility to use NK cells in CAR therapy. The use of HSC in CAR therapy, could allow the permanent replenishment of the pool of CAR T cells once exhausted. Despite that advantage, the overexpression of a CAR receptor on all hematopoietic cells coming from those HSC could be an issue. To allow the use of HSC, we developed short specific promoters restraining the expression of the transgene to a precise population. We prove the specificity of a T cell promoter and demonstrated the possibility to use it in CAR therapy using HSC. This work is a proof of concept of the use of other population than T cells in CAR therapy.

Biological activity of IL-2 and IL-7 in vivo is significantly increased when complexed with some of the respective anti-cytokine mAb. Different immune cell subsets can be preferentially stimulated depending on the anti-IL-2 mAb used to complex IL-2. IL-2/anti-IL-2 mAb S4B6 immunocomplexes (IL-2/S4B6) induce preferential expansion of CD122high cells whereas IL-2/anti-IL-2 mAb JES6-1 immunocomplexes (IL-2/JES6-1) highly selectively stimulate CD25high cells in mice. Similarly, IL-7/anti-IL-7 mAb M25 immunocomplexes (IL-7/M25) possess higher stimulatory activity for both naïve and memory CD8+ T cells in vivo in comparison to free IL-7. CTLA-4 and PD-1 molecules are inhibitory receptors which negatively regulate proliferation, survival and effector functions of T cells. Blocking antibodies against these molecules represent promising immunotherapeutic tool for treatment of malignant diseases. We examined possible synergism of IL-2/S4B6 and αCTLA-4 plus αPD-1 mAbs in tumor-bearing mice. We found that the expansion of recently activated CD8+ T cells driven by IL-2/S4B6 was further augmented by αCTLA-4 plus αPD-1 mAbs. However, these two immunotherapeutic approaches did not show synergistic antitumor activity in any mouse tumor model tested. Next, we showed that IL-7/M25 possessed higher biological activity...

Problématique: En immunothérapie orale (ITO), le manque de variété et l’aversion envers les doses d’allergènes peuvent compromettre l’adhérence au traitement, toutefois essentielle pour maintenir la désensibilisation. Le but de l’étude était de développer et de valider une nouvelle intervention nutritionnelle pour l’utilisation d’options d’équivalences à domicile. Méthodes: L’intervention a été développée selon les besoins de familles déjà en ITO, exprimés lors d’entrevues préliminaires. De nouveaux patients débutant l’ITO ont ensuite été invités dans un essai contrôlé randomisé pour évaluer l’impact de l’intervention. Les participants (n = 30) ont été randomisés en 3 groupes : A) Consultation nutritionnelle avec outils d’options d’équivalences (intervention complète); B) Consultation nutritionnelle sans les outils (intervention partielle) et C) Groupe contrôle avec l’intervention complète retardée de 4 semaines. La compétence des parents pour le calcul de doses d’équivalences était suivie de façon longitudinale par une série d’exercices pratiques. Résultats: Les résultats aux exercices étaient en moyenne supérieurs avec l’intervention complète (93,3% ± 3,1), comparés au groupe contrôle sans intervention (1,7% ± 1,7, p<0,001). La compétence était maintenue 12 semaines plus tard (résultats de 88,9% ± 4,7). Sans les outils, l'acquisition initiale (résultats de 46,7% ± 7,3) et la rétention après 4 semaines (résultats de 26,7% ± 5,1) étaient inférieures, mais augmentaient après l’ajout des outils (résultats de 83,3% ± 7,5). La satisfaction et la diversité des doses ont également augmenté avec l’intervention complète. Conclusion: Cette étude démontre l'efficacité d'un programme d'intervention nutritionnelle pour accompagner la gestion des doses d'allergènes à domicile. L'utilisation de documents écrits est essentielle pour en obtenir tout le bénéfice. / Background: During oral immunotherapy (OIT), lack of palatability or diversity in daily allergen doses can compromise treatment adherence, which is essential to maintain benefit. The aim of the study was to develop and validate a nutritional intervention program on the use of whole food alternatives for allergen daily dosing during OIT. Methods: The program was initially developed based on preliminary interviews with families already on OIT. Patients beginning OIT were then invited to participate to an open-label randomized controlled trial to assess the impact of the intervention. Participants (n=30) were randomized into 3 arms when they transferred to whole foods: A) Dietitian counselling with supporting documents (full intervention); B) Dietitian counselling without document; C) Control group where full intervention was delayed by 4 weeks. Parent competency was followed longitudinally using a series of practical food dose calculation exercises. Results: Results of exercises at week 4 were in average higher in the full intervention group (93.3% ± 3.1) compared to reference group without intervention (1.7% ± 1.7, p<0.0001). Competency was maintained 12 weeks after intervention (results of 88.9% ±4.7). Without written documents, the initial acquisition (results of 46.7% ±7.3) and retention of competency at 4 weeks (results of 26.7% ±5.1) were lower, but competency was rescued by adding written documents (results of 83.3% ±7.5). Patient satisfaction and food diversity also increased with full intervention. Conclusion: This study demonstrates the efficacy of a nutritional intervention program to help patients and their parents manage their OIT allergen doses. The use of written documents is essential to achieve the full benefit.

Background: Patients diagnosed with melanoma frequently search the internet for treatment information, including novel and complex immunotherapy. However, health literacy is limited among half of the German population, and no assessment of websites on melanoma treatment has been performed so far. Objective: The aim of this study was to identify and assess the most visible websites in German language on melanoma immunotherapy. Methods: In accordance with the common Web-based information-seeking behavior of patients with cancer, the first 20 hits on Google, Yahoo, and Bing were searched for combinations of German synonyms for “melanoma” and “immunotherapy” in July 2017. Websites that met our predefined eligibility criteria were considered for assessment. Three reviewers independently assessed their quality by using the established DISCERN tool and by checking the presence of quality certification. Usability and reliability were evaluated by the LIDA tool and understandability by the Patient Education Materials Assessment Tool (PEMAT). The Flesch Reading Ease Score (FRES) was calculated to estimate the readability. The ALEXA and SISTRIX tools were used to investigate the websites’ popularity and visibility. The interrater agreement was determined by calculating Cronbach alpha. Subgroup differences were identified by t test, U test, or one-way analysis of variance. Results: Of 480 hits, 45 single websites from 30 domains were assessed. Only 2 website domains displayed a German quality certification. The average assessment scores, mean (SD), were as follows: DISCERN, 48 (7.6); LIDA (usability), 40 (2.0); LIDA (reliability), 10 (1.6); PEMAT, 69% (16%); and FRES, 17 (14), indicating mediocre quality, good usability, and understandability but low reliability and an even very low readability of the included individual websites. SISTRIX scores ranged from 0 to 6872 and ALEXA scores ranged from 17 to 192,675, indicating heterogeneity of the visibility and popularity of German website domains providing information on melanoma immunotherapy. Conclusions: Optimization of the most accessible German websites on melanoma immunotherapy is desirable. Especially, simplification of the readability of information and further adaption to reliability criteria are required to support the education of patients with melanoma and laypersons, and to enhance transparency.

Background: The CD19 chimeric antigen receptor (CAR) adoptive T-cell therapy for B-cell leukemia is a promising treatment for relapsed or refractory malignities. The overall response rate of CD19 CAR-T cells in clinical trials was greater than 80% for patients with B-cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) and non-Hodgkin's lymphoma (NHL). However, CAR-T cell therapy of leukemias and solid tumors has been limited by a lot of factors such as antigen loss of tumor escape variants, reduced proliferation, persistence and tumor-infiltration of CAR-T cells in vivo, immunosuppressive tumor environment, absence of ideal antigens and on-target, off-tumor toxicities. Therefore, new strategies improving the safety and efficacy of CAR-T cells, including further T-cell modification to overcome the immune suppression, are tested. Aims: (i) Bispecific CARs designed to express two antigen-binding domains prevent of antigen escape. (ii) T-cells were genetically modified to express CAR along with an inducible IL-21 gene cassette driven by NFAT-responsive promoter. IL-21 directly enhances CAR-T cell activity and anti-tumor effects. (iii) Applying suicide epitope modification in CAR enables significantly increasing the therapeutic safety of CAR-T cells. Methods: CARs were constructed by using molecular biology...

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