Zugl.: Berlin, Freie Univ., Diss., 2008

Zugl.: Berlin, Freie Universiẗat, Diss., 2008.

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

University, Diss., 2006--Giessen.

Im metastasierten Melanom sind bei Vorhandensein einer BRAF V600 Mutation zielgerichtete Therapien mit BRAF+MEK-Inhibitoren sowie Immuntherapien (ICB), die Immuncheckpoints wie PD-1 blockieren, zugelassen. Aktuell gibt es keine evidenzbasierte Empfehlung welche Therapie in der Erstlinie im BRAF V600 mutierten Melanom eingesetzt werden sollte. Bis jetzt wurde der Stellenwert PD-1 basierter Immuncheckpoint Blockade in der Zweitlinie nach Progress unter BRAF+MEK-Inhibition nicht beschrieben. Es ist auch unklar, ob die Kombinations-ICB (PD-1 plus CTLA-4 Blockade) mit einer Verbesserung des Ansprechens und Überlebens gegenüber einer PD-1 Monotherapie assoziiert ist, wie für das therapie-naive Melanom beschrieben. Wir haben eine retrospektive, multizentrische Studie durchgeführt um die Wirksamkeit von PD-1 basierten Immuntherapien nach Progress unter zielgerichteter Therapie zu explorieren. In unserer Untersuchung zeigten PD-1 Monotherapie und die kombinierte PD-1 plus CTLA-4 Blockade eine ähnliche Wirksamkeit in Patienten mit BRAFi+MEKi-Resistenz. Die Kombinationstherapie war dagegen mit einem deutlich höheren Risiko für schwerwiegende immunvermittelte Nebenwirkungen im Vergleich zu PD-1 Monotherapie assoziiert. Unsere Daten indizieren, dass eine PD-1 Blockade einer Kombinations-ICB in der Zweitlinie nach Progress unter zielgerichteter Therapie im fortgeschrittenen BRAF V600 mutierten Melanom vorzuziehen ist. / Targeted therapies employing dual inhibition of the MAPK pathway (BRAFi+MEKi) as well as immunotherapies blocking immune checkpoints (ICB) such as PD-1 are approved for metastatic BRAF V600 mutant melanoma. There is no evidence-based recommendation which therapy should be used first-line. The efficacy of second-line PD-1 blocking agents after failure of dual MAPKi has not been characterized. It is not clear whether a combinational ICB (PD-1 plus CTLA-4 blockade) is associated with an improvement in responses and survival compared to single agent PD-1 inhibition, as reported for treatment-naive melanoma. To this end, we conducted a retrospective, multicenter study to explore the outcome of melanoma patients receiving second-line PD-1 based ICB regimes after progression on targeted therapy. In our study PD-1 monotherapy and combined PD-1 plus CTLA-4 blockade showed similar activity in melanoma patients resistant to BRAF plus MEK inhibition. However, combined PD-1 plus CTLA-4 blockade was associated with a higher rate of treatment-related adverse events than monotherapy. Our data indicate that PD-1 monotherapy might be preferred over combined ICB as second-line treatment after progression on targeted therapy in metastatic BRAF V600 mutant melanoma with poor prognosis.

Cellular therapies using chimeric antigen receptor (CAR) modified T cells to eradicate tumor cells have been a major breakthrough in the treatment of hematologic malignancies. However, there are no measures to control CAR T cell activity after infusion, which is mostly required in cases of CAR T cell overreaction, e.g. cytokine release syndrome, or in the case of T cell failure, e.g. caused by exhaustion. In our study, we identified the tyrosine kinase inhibitor (TKI) dasatinib (© Sprycel) as a suitable agent to steer CAR T cells in vitro and in vivo. We show that single treatment of CD4+ and CD8+ CAR T cells with dasatinib conferred either partial or complete inhibition, depending on the applied concentration. The blockade was immediate and encompassed spe-cific lysis, cytokine secretion and proliferation following antigen encounter. The mechanism relied on reduced phosphorylation of key kinases in the CAR signaling cascade, which led to abrogation of nuclear factor of activated T-cells (NFAT) signaling. Importantly, inhibition was fully reversible by dasatinib withdrawal. In vivo, dasatinib blocked CAR T cell function without impairing the engraftment of CAR T cells or their subsequent anti tumor function once dasatinib administration was discontinued. We therefore introduce dasatinib as a new tool to efficiently block CAR T cells in vitro and in vivo, with data suggesting that dasatinib can be used in a clinical setting to mitigate toxicity after adaptive transfer of CAR modified T cells and other forms of T cell based immunotherapy. Additionally we show that intermittent inhibition of CAR T cells by dasatinib im-proves the efficacy of CAR T cell therapy. By pausing T cells for short periods of time in vi-vo, upregulation of programmed death protein 1 (PD-1) and subsequent induction of exhaus-tion was prevented, which increased the expansion of T cells and the rate of tumor eradica-tion. Our data therefore suggest that dasatinib can additionally be used to overcome T cell exhaustion that is induced by massive tumor burden and upregulation of inhibitory receptors. / Zelluläre Therapien, die das patienteneigene Immunsystem zur Tumorbekämpfung nutzen, gehören zu den großen medizinischen Fortschritten unserer Zeit. T Zellen, die einen chimären Antigen Rezeptor (CAR) exprimieren, sind dabei in der Lage, entartete Zellen aufzuspüren und zu eliminieren. Trotz vielversprechender Erfolge sind zellbasierte Immuntherapien häufig von gravierenden Nebenwirkungen wie Zytokinsturm oder neurologischen Ausfallerschei-nungen begleitet, und es gibt es bis heute keine Möglichkeit, die einmal injizierten Zellen zu kontrollieren. Kontrolle ist nicht nur im Falle einer Überreaktion der CAR T Zellen nötig, sondern auch, wenn der Tumor nicht effektiv bekämpft wird. Ein Versagen der CAR T Zellen wird oft mit T Zell Exhaustion, einer Ermüdung der T Zellen aufgrund von Überstimulation in Verbindung gebracht. In der vorliegenden Studie haben wir den Tyrosinkinase Inhibitor (TKI) Dasatinib als möglichen CAR T Zellen Inhibitor beschrieben und seine hemmenden Eigenschaften in vitro und in vivo näher charakterisiert. In vitro war eine einzelne Behandlung von CD4+ bzw. CD8+ CAR T Zellen ausreichend, um – abhängig von der verwendeten Dosis – eine komplette oder partielle Hemmung zu bewirken. Die Blockade setzte unmittelbar ein und umfasste alle rele-vanten Funktionen einschließlich spezifischer Lyse, Freisetzung von Zytokinen und Prolifera-tion nach Antigen Kontakt. Der zugrunde liegende Mechanismus basierte auf einer reduzier-ten Phosphorylierung von Kinasen der CAR-Signal Kaskade, und verhinderte im weiteren Verlauf die Freisetzung des Transkriptionsfaktors nuclear factor of activated T-cells (NFAT). Diese Blockade war ohne Einschränkungen reversibel. Auch in vivo konnte eine komplette Hemmung der injizierten CAR T Zellen beobachten werden; gleichzeitig war weder das An-wachsen noch die nachfolgende Anti Tumor Funktion nach Absetzen des Medikaments be-einträchtigt. Aufgrund der in dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse schlagen wir Dasatinib als neues Werkzeug zur effizienten Blockade von CAR T Zellen vor. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass kurzzeitige Unterbrechungen der T-Zell Akti-vierung durch Dasatinib einer Ermüdung von T Zellen entgegen wirken. Dies zeigte sich in einer verringerten Expression von programmed death protein 1 (PD 1) auf der Zelloberfläche sowie einer verbesserten Anti Tumor Wirkung. Unsere Daten deuten daher darauf hin, dass Dasatinib zusätzlich eingesetzt werden kann, um eine Ermüdung von T-Zellen zu verhindern, die durch massive Tumorbelastung und Hochregulation entsprechender Rezeptoren hervorge-rufen wird.

Atypische teratoide Rhabdoidtumore sind trotz Ausschöpfen der multimodalen Therapieoptionen weiterhin mit einer schlechten Prognose belastet. Gründe hierfür liegen in den oftmals unzureichenden Resektionsmöglichkeiten, dem jungen Erkrankungsalter der PatientInnen und der Resistenz der Tumorzellen gegenüber Chemotherapeutika (Frühwald et al. 2020; Egiz et al. 2022; Richards et al. 2019). Gerade deshalb versucht man durch die aktuelle Forschung zu kindlichen Hirntumoren mit Immuntherapie ein besseres Outcome zu erreichen. Wichtige Grundlagen hierzu sind durch diese Arbeit dargestellt worden. Erstmals wurde gezeigt, dass Tumorzellen der AT/RT sowohl HLA-Klasse I und -Klasse II Antigene präsentieren. Es wurde außerdem die Expression von PD-L1 nachgewiesen. Des Weiteren konnte die Anwesenheit von Immunzellen durch den Nachweis CD 3+ Zellen bewiesen werden. Insgesamt zeigte sich eine große Heterogenität innerhalb des einzelnen und unter den verschiedenen Tumoren. Es zeigte sich eine negative Korrelation zwischen der Expression von MHC I und CD 3+ Zellen, welche insgesamt für einen Tumor Escape Mechanismus sprechen könnte, wie er bereits bei Glioblastomen nachgewiesen wurde (Bagley et al. 2018; Marcu et al. 2021). Es sollte eine Ausweitung der hier begonnen Forschung mit Einbeziehung der personenbezogenen Daten und Vergrößerung der untersuchten Fallzahl erfolgen. / Even with using the multimodal therapy options available, atypical teratoid rhabdoid tumors still have a poor prognosis. This is caused by limited chirurgical resection, the young age of the patient cohort and resistence to chemotherapeutics (Frühwald et al.2020; Egiz et al. 2022; Richards et al. 2019). Hence, current research is trying to acchieve a better outcome through immunotherapy. Important fundamental research is done by this work. For the first time, it has been shown that tumorcells of AT/RT express HLA-class I and -class II antigens. Furthermore PD-L1 is expressed by these tumorcells. The presence of immuncells is proved by the evidence of CD 3+ cells. In total, a great heterogeneity presented in one tumor itself and in between the diffrent tumors examined. This work pointed out a negativ correlation between the expression of MHC I and CD 3+ cells, which could show a tumor escape mechanism, like it is already proven for glioblastoma multiforme (Bagley et al. 2018; Marcu et al. 2021). Beside that here is need for further studys with a bigger case number and link to personal and clinical data.

Adoptive immunotherapy using chimeric antigen receptor (CAR)-modified T cells is an effective treatment for hematological malignancies that are refractory to conventional chemotherapy. To address a wider variety of cancer entities, there is a need to identify and characterize additional target antigens for CAR-T cell therapy. The two members of the receptor tyrosine kinase-like orphan receptor family, ROR1 and ROR2, have been found to be overexpressed on cancer cells and to correlate with aggressive cancer phenotypes. Recently, ROR1-specific CAR-T cells have entered testing in phase I clinical trials, encouraging us to assess the suitability of ROR2 as a novel target for CAR-T cell therapy. To study the therapeutic potential of targeting ROR2 in solid and hematological malignancies, we selected two representative cancer entities with high unmet medical need: renal cell carcinoma and multiple myeloma. Our data show that ROR2 is commonly expressed on primary samples and cell lines of clear cell renal cell carcinoma and multiple myeloma. To study the efficacy of ROR2-specific CAR T cell therapy, we designed two CAR constructs with 10-fold binding affinity differences for the same epitope of ROR2. We found both cell products to exhibit antigen-specific anti-tumor reactivity in vitro, including tumor cell lysis, secretion of the effector cytokines interleukin-2 (IL-2) and interferon-gamma (IFNγ), and T cell proliferation. In vivo studies revealed ROR2 specific CAR-T cells to confer durable responses, significant survival benefits and long-term persistence of CAR-expressing T cells. Overall, there was a trend towards more potent anti-tumor efficacy upon treatment with T cells that expressed the CAR with higher affinity for ROR2, both in vitro and in vivo. We performed a preclinical safety and toxicology assessment comprising analyses of ROR2 expression in healthy human and murine tissues, cross-reactivity, and adoptive T cell transfer in immunodeficient mice. We found ROR2 expression to be conserved in mice, and low-level expression was detectable in the male and female reproductive system as well as parts of the gastrointestinal tract. CAR-T cells targeting human ROR2 were found to elicit similarly potent reactivity upon recognition of murine ROR2. In vivo analyses showed transient tissue-specific enrichment and activation of ROR2-specific CAR-T cells in organs with high blood circulation, such as lung, liver, or spleen, without evidence for clinical toxicity or tissue damage as determined by histological analyses. Furthermore, we humanized the CAR binding domain of ROR2-specific CAR-T cells to mitigate the risk of adverse immune reactions and concomitant CAR-T cell rejection. Functional analyses confirmed that humanized CARs retained their specificity and functionality against ROR2-positive tumor cells in vitro. In summary, we show that ROR2 is a prevalent target in RCC and MM, which can be addressed effectively with ROR2-specific CAR-T cells in preclinical models. Our preliminary toxicity studies suggest a favorable safety profile for ROR2-specific CAR-T cells. These findings support the potential to develop ROR2-specific CAR-T cells clinically to obtain cell products with broad utility. / Adoptive Immuntherapie mit T-Zellen, die chimäre Antigenrezeptoren (CAR) exprimieren, ist ein effektiver Behandlungsansatz für Chemotherapie-resistente Blutkrebserkrankungen. Die Übertragung dieses Konzepts auf weitere Krebsarten erfordert die Identifikation und Charakterisierung neuer Zielstrukturen für die CAR-T Zelltherapie. ROR1 und ROR2, die beiden Mitglieder der Familie der Rezeptortyrosinkinase-ähnlichen Orphan-Rezeptoren, werden auf einer Vielzahl von Tumoren überexprimiert und korrelieren mit einer schlechten Prognose und höherer Krebs-Invasivität. Kürzlich konnte ROR1 als Zielstruktur für die CAR-T Zelltherapie bestätigt werden und die Effektivität und Sicherheit ROR1 spezifischer CAR-T Zellen wird derzeit im Rahmen klinischer Phase-I Studien näher untersucht. Aus diesem Grund waren wir daran interessiert, das therapeutische Potenzial ROR2-spezifischer Zelltherapie zu untersuchen. Als Modellsysteme hierfür wählten wir das Nierenzellkarzinom und das Multiple Myelom als repräsentative hämatologische und solide Krebserkrankungen mit hohem medizinischem Bedarf aus. Unsere Daten zeigen, dass ROR2 häufig auf Zelllinien und primären Tumorproben des klarzelligen Nierenzellkarzinoms und des Multiplen Myeloms vorkommt. Um die Effektivität ROR2-spezifischer CAR-T Zellen zu untersuchen, wurden zwei CAR Konstrukte mit zehnfach unterschiedlichen Bindungsaffinitäten für dasselbe Epitop von ROR2 hergestellt. Beide Zellprodukte zeigten hohe, antigen-spezifische Antitumor-Reaktivität in vitro – insbesondere im Hinblick auf Tumorzell-Lyse, Sekretion der Zytokine Interleukin-2 (IL-2) und Interferon gamma (IFNγ) und T-Zell Proliferation. In vivo beobachteten wir langanhaltende Antitumor-Effektivität durch ROR2-spezifische CAR-T Zellen, sowie signifikante Überlebensvorteile und langfristige T-Zell Persistenz. Außerdem beobachteten wir, sowohl in vitro als auch in vivo, einen Trend zu stärkerer Antitumor-Effektivität von T-Zellen, die den CAR mit höherer Affinität für ROR2 exprimierten. Im Rahmen einer präklinischen Toxikologie-Studie analysierten wir die Expression von ROR2 im gesunden Gewebe, die Kreuz-Reaktivität ROR2-spezifischer CAR-T Zellen und deren Sicherheit durch adoptiven T-Zell Transfer in immun-defiziente Mäuse. Unsere Daten zeigen, dass ROR2 in H. sapiens und M. musculus gleichermaßen exprimiert wird und ROR2 Expression war insbesondere in den weiblichen und männlichen Reproduktionsorganen und Teilen des Gastrointestinaltrakts detektierbar. Wir konnten außerdem zeigen, dass CAR-T Zellen, die menschliches ROR2 erkennen, vergleichbare Antitumor-Reaktivität gegen Zellen, die murines ROR2 exprimieren, auslösen. Unsere in vivo Analysen zeigten temporäre Anreicherung und Aktivierung ROR2-spezifischer CAR-T Zellen in gut durchbluteten Geweben, wie Lunge, Leber und Milz, in der Abwesenheit klinischer Anzeichen für Toxizität oder histologisch nachweisbarer Gewebsschädigungen. Um die Risiken immunologischer Nebenwirkungen und die damit einhergehende Abstoßung ROR2-spezifischer CAR-T Zellen zu reduzieren, humanisierten wir die CAR Bindedomäne. Unsere Daten zeigen, dass humanisierte ROR2-spezifische CAR-T Zellen vergleichbare Spezifität und Funktionalität gegen ROR2-positive Tumorzellen in vitro aufweisen. Insgesamt zeigen unsere Daten, dass ROR2 eine häufig auftretende Zielstruktur auf der Oberfläche von RCC und MM Zellen ist und diese in präklinischen Modellen effektiv mittels ROR2-spezifischer CAR-T Zellen adressiert werden kann. Unsere vorläufigen Toxizitätsdaten deuten darauf hin, dass ROR2-spezifische CAR-T Zellen ein vorteilhaftes Sicherheitsprofil aufweisen. Alles in allem unterstützen diese Daten das Potenzial der klinischen Entwicklung ROR2-spezifischer CAR-T Zellen als Zellprodukte mit breit gefächerter Anwendbarkeit.

Adoptive immunotherapy with chimeric antigen receptor (CAR)-T cells has dramatically altered the landscape of cancer therapy. However, despite impressive clinical responses and high rates of complete remission observed in B-cell acute lymphoblastic leukemia, lymphomas and multiple myeloma, there is still a considerable proportion of CAR-T cell treatment failure. Recent clinical data in hematological tumors has reported antigen down-regulation as one of the main mechanisms correlated with disease relapse after CAR-T cell infusion. Furthermore, solid tumor heterogenic expression of tumor associated antigens (TAA) presents an additional barrier for the translation of CAR T cell therapies. ROR1, a cross-entity TAA expressed in both hematological and solid tumors, is known to display in-tumor heterogenic expression patterns. Strategies that improve CAR-antigen detection of TAAs like ROR1 have the potential to improve future CAR products as well as clinical outcomes of a wide array of tumor entities. Most often, the lack of detailed knowledge on how CARs induce T-cell activation deters its optimization. Recently, the field has focused on the importance of kinase recruitment and engagement to improve CAR-T cell functionality. Here, we hypothesized that increasing the availability of LCK in close proximity to a second generation 4-1BB based ROR1-specific CAR would facilitate signaling initiation and correlate to increased target-dependent tumor cell lysis, proliferation and cytokine expression, especially evident against low antigen expressing tumor cell lines. In this manuscript, we have addressed two strategies for LCK recruitment: 1) direct LCK fusion or 2) supplementation with LCK binding chimeric co-receptors (CcoR). Our results show that direct tethering of LCK to ROR1-specifc CARs (CAR-L) results in the improvement of the lower antigen detection thresholds with benefits to all measured functional parameters. In vitro characterization of CAR-L-T cells against a panel of hematologic tumor cells with varying amounts of target antigen demonstrated improved detection and consequent lysis of low antigen expressing tumor variants. Our results could be reproduced in a renal cell carcinoma cell line showing its potential applicability against solid tumor entities. Additionally, glass supported lipid bilayer antigen titration experiments confirmed a sensitivity gain with a higher proportion of CAR L T cells being able to induce robust T-cell activation at lower ROR1 densities when compared to conventional CAR-T cells. CAR L T cells also demonstrated higher expansion potential which resulted in enhanced tumor control on a long-term re-stimulation stress test. As a tradeoff, CAR-LCK fusion receptors displayed increased basal ZAP-70 phosphorylation. Here, we confirmed that this increase in tonic signaling is not translated into unspecific T-cell triggering, response attenuation or exhaustion nor is it a prerequisite for enhanced antigen detection. In parallel, we have shown the concomitant targeting of the same antigen at multiple epitopes by both CAR and CcoRs as a viable strategy to increase CAR-T cell overall antigen detection while enabling the possibility to expand the complexity of the immune synapse (IS) composition. While we have shown that CD4 trans-supplementation did not improve antigen detection, inclusion of a CD3ε derived CcoR increased the CAR-associated ITAM diversity while improving antigen detection and overall killing of antigen low expressing tumor cell lines. Additionally, we implemented the “knobs-into-holes” (KiH) heterodimerizing technology to CAR-T cell design allowing for the co-localization of both CAR and CcoRs. Here, we have shown that trans supplementation CD3ε with a mutated ITAM in the KiH format contributed to improved cytokine release of CAR-T cells upon antigen-specific stimulation. Furthermore, this technology opens new possibilities to arm CARs with additional trans-acting cargos. Taken together, this thesis presents a toolbox of novel CAR formats that explore LCK recruitment to enhance CAR-T cell functionality and antigen detection. Application of these novel CAR designs, specifically CAR-LCK fusions, can be of further significance for the translation into ROR1 expressing tumor entities, both of solid or hematologic origin. We are confident of the potential that such strategies represent to the advancement and future of CAR-T cell therapy. / Die adoptive Immuntherapie mit chimären Antigenrezeptor (CAR)-T-Zellen hat die Krebstherapie revolutioniert. Trotz beeindruckender klinischer Ergebnisse und hoher Raten kompletter Remissionen bei akuter lymphatischer B-Zell-Leukämie, Lymphomen und multiplem Myelom gibt es jedoch immer noch einen beträchtlichen Anteil an Patienten, bei denen die CAR-T-Zelltherapie nicht den gewünschten Therapieerfolg zeigt. Jüngste klinische Daten bei hämatologischen Tumoren haben gezeigt, dass die Herunterregulierung des Zielantigens einer der Hauptgründe für eine Tumorprogression nach CAR-T-Zell-Infusion ist. Darüber hinaus stellt die heterogene Expression tumorassoziierter Antigene (TAA) bei soliden Tumoren ein zusätzliches Hindernis für den erfolgreichen Einsatz von CAR-T-Zelltherapien auf diesem Gebiet dar. ROR1, ein TAA, welches sowohl in hämatologischen als auch in soliden Tumorentitäten vorkommt, weist bekanntermaßen heterogene Expressionsmuster in Tumoren auf. Strategien zur Verbesserung der Detektion von TAAs wie ROR1 durch den CAR haben das Potenzial, zukünftige CAR-Produkte sowie die klinischen Ergebnisse bei einer Vielzahl von Tumorentitäten zu verbessern. Die Optimierung von CARs wird häufig dadurch erschwert, dass grundlegende Mechanismen der T-Zell- Aktivierung durch den CAR nicht hinreichend bekannt sind. In jüngster Zeit hat sich die Forschung auf die Bedeutung der Rekrutierung und Aktivierung von Kinasen konzentriert, um die Funktionalität von CAR-T-Zellen zu verbessern. Hier stellten wir die Hypothese auf, dass eine erhöhte Verfügbarkeit von LCK in unmittelbarer Nähe eines 4-1BB-basierten ROR1-spezifischen CARs der zweiten Generation die Initiierung von Signalen erleichtern und zu einer verbesserten lytischen Aktivität, Proliferation und Zytokinausschüttung durch CAR-T-Zellen führen könnte, was sich insbesondere bei Tumorzelllinien mit geringer Antigenexpression positiv auswirken sollte. In diesem Manuskript haben wir zwei Strategien für die LCK-Rekrutierung untersucht: 1) eine direkte CAR-LCK-Fusion oder 2) eine zusätzliche Expression eines LCK-bindenden chimären Co-Rezeptors (CcoR). Unsere Ergebnisse zeigen, dass die direkte Fusion von LCK an ROR1-spezifische CARs (CAR-L) den Schwellenwert für eine effektive Antigenerkennung senkt, was sich auf alle gemessenen funktionellen Parameter positiv auswirkt. Die in vitro Charakterisierung von CAR-L-T-Zellen gegen eine Reihe von Tumorzellen mit unterschiedlichen Expressionsleveln an Zielantigen zeigte eine verbesserte Erkennung und damit einhergehend auch Lyse von Tumorvarianten mit geringer Antigenexpression. Unsere Ergebnisse in hämatologischen Zelllinien konnte auch für die Nierenzellkarzinomzelllinie 786-O bestätigt werden. Darüber hinaus konnten wir in Experimenten zur Antigentitration mit Lipiddoppelschichten auf Glas einen Sensitivitätsgewinn bestätigen, da ein höherer Anteil der CAR-L- T-Zellen im Vergleich zu herkömmlichen CAR-T-Zellen in der Lage war, eine robuste T-Zell-Aktivierung bei niedrigeren ROR1-Antigendichten zu induzieren. CAR-L-T-Zellen zeigten auch ein höheres Expansionspotenzial, was zu einer verbesserten Tumorkontrolle in einem Langzeit- Restimulationsbelastungstest führte, aber auch zu einer erhöhten ZAP-70-Phosphorylierung in ruhenden T-Zellen führt. Hier konnten wir bestätigen, dass dieses erhöhte tonische Signal nicht zu einer unspezifischen Aktivierung von T-Zellen, einer durch Hyperstimulation ausgelösten Antigendesensibilisierung oder zur T-Zell-Erschöpfung führt und dies aber auch keine Voraussetzung für eine verbesserte Antigenerkennung ist. Parallel dazu haben wir gezeigt, dass die gleichzeitige Erkennung verschiedener Epitope desselben Antigens durch CAR und CcoRs eine praktikable Strategie ist, um die Antigenerkennung von CAR-T- Zellen insgesamt zu erhöhen und gleichzeitig die Komplexität der Zusammensetzung der immunologischen Synapse (IS) zu erweitern. Während wir auf der einen Seite gezeigt haben, dass die CD4-Trans-Supplementierung die Antigenerkennung der CAR-T-Zellen nicht verbessern konnte, konnten wir auf der anderen Seite zeigen, dass die Einbeziehung eines CD3ε-abgeleiteten CcoR die CAR-assoziierte ITAM-Diversität erhöht und gleichzeitig die Antigenerkennung und die Lyse von Tumorzelllinien mit geringer Antigenexpression verbessert. Darüber hinaus haben wir die "Knobs-into-holes"- (KiH) Heterodimerisierungstechnologie in das Design von CAR-T-Zellen implementiert, um die Ko-Lokalisierung von CAR und CcoRs zu ermöglichen. Hier konnten wir zeigen, dass die Trans-Supplementierung mit CD3ε, welches ein mutiertes ITAM aufweist, im KiH-Format zu einer erhöhten Zytokinproduktion der CAR-T-Zellen nach Stimulation mit Zielzellen, welche eine hohe Antigendichte aufweisen, beiträgt. Darüber hinaus eröffnet diese Technologie neue Möglichkeiten, CARs mit zusätzlichen trans-aktivierenden Modifikationen auszustatten. Insgesamt stellt diese Arbeit ein Instrumentarium neuartiger CAR-Formate vor, welche die LCK- Rekrutierung untersuchen, um die Funktionalität und Antigenerkennung von CAR-T-Zellen zu verbessern. Die Anwendung dieser neuartigen CAR-Designs, insbesondere CAR-LCK-Fusionen, kann von weiterer Bedeutung für die zukünftige Nutzung dieses CAR-Formats bei ROR1-exprimierenden soliden und hämatologischen Tumorentitäten sein. Wir sind daher zuversichtlich, dass solche Strategien für die Weiterentwicklung und Zukunft der CAR-T-Zelltherapie von Bedeutung sind.

Cancer immune therapy represents a promising alternative to conventional anti tumour therapy like radiation, surgical excision of the tumour or classical chemotherapy. The biggest advantage of cancer immune therapy is specificity, achieved by targeting tumour-associated antigens with the effector arms of the host immune system. This is believed to result in less adverse effects than standard therapy and reaches presumably also metastatic lesions at distant sites from the primary tumour. However, cancer immune therapy by vaccination against tumour antigens failed to translate into clinical success, yet. Furthermore, despite tremendous clinical efforts malignant disease still results in high mortalities giving rise to the need for novel vaccination-based therapies against cancer. An interesting approach in this respect is the use of bacteria like attenuated salmonellae as carriers for heterologous cancer antigens. In numerous preclinical studies Salmonella-based vaccines could elicit cell mediated immune responses of the CD4+ and CD8+ type against own and heterologous antigens which make them ideally suited for anti tumour therapy. Special delivery systems in Salmonella carriers like surface display or secretion of antigens were shown to be advantageous for the immunological outcome. This work focussed on developing novel Salmonella carriers for immune therapy against cancer. In a first project, TolC, a multifunctional outer membrane protein of E. coli was utilized as membrane anchor for 3 heterologous antigens. Respective TolC fusion proteins encoded on plasmids were analysed for expression, functionality and plasmid stability in different engineered Salmonella strains. The amount of membrane localized recombinant TolC was enhanced in tolC-deficient strains. Furthermore, fusion proteins were functional and plasmid stability was very high in vitro and in vivo. Disappointingly, neither specific CD4+/CD8+ T-cell responses against the model antigen ovalbumin nor CD8+ responses against the cancer antigen BRAFV600E were detectable in murine model systems. However, mice immunized with Salmonella strains displaying an immunodominant epitope of the cancer related prostate specific antigen (PSA) were partially protected from subsequent tumour challenge with a PSA expressing melanoma cell line. Tumour growth in mice immunized with the respective strain was significantly decelerated compared to controls, thus indicating that this surface display system confers protective immunity against tumours. In a second study, the approved typhoid vaccine strain Salmonella enterica serovar Typhi Ty21a (Ty21a) was improved for the hemolysin type I secretion system of E. coli. This secretion system is widely used for heterologous antigen delivery in live bacterial vaccines. It was demonstrated throughout this work that a mutation of rpoS in Ty21a correlated with decreased ability for hemolysin secretion compared to other Salmonella strains. Complementation with rpoS or the presumed downstream target of rpoS, rfaH resulted in enhanced expression and secretion of heterologous hemolysin in Ty21a. Presumably by raising the amount of free antigen, rfaHcomplemented Ty21a elicited higher antibody titres against heterologous hemolysin in immunized mice than controls and even rpoS-positive Ty21a. Therefore, rfaHcomplemented Ty21a could form the basis of a novel generation of vaccines for human use based on (cancer) antigen secretion. / Krebsimmuntherapie ist eine viel versprechende Alternative zu den konventionellen Therapien, wie Bestrahlung, chirurgische Entfernung des Tumors oder klassische Chemotherapie. Der größte Vorteil der Krebsimmuntherapie ist Spezifität, welche durch das Zielen des Immunsystems auf so genannte Tumor-Assoziierte Antigene erreicht wird. Diese Form der Therapie sollte weniger Nebenwirkungen als Standardbehandlungen beinhalten, weiterhin könnte diese Metastasen an Orten fern des eigentlichen Tumors bekämpfen. Krebsimmuntherapie zeigte sich jedoch wenig erfolgreich in späten klinischen Studien. Zusätzlich ist die Mortalitätsrate bei Krebsleiden, trotz allen Fortschritts, immer noch sehr hoch, weshalb die Notwendigkeit der Entwicklung alternativer Immuntherapien besteht. Ein interessanter Ansatz hierzu ist die Verwendung von Bakterien wie attenuierten Salmonellen als Träger heterologer Krebsantigene. Eine Vielzahl präklinischer Studien zeigte, dass Vakzine auf der Basis von Salmonellen CD4 und CD8 positive zelluläre Immunantworten auslösen können, welche für eine Krebsimmuntherapie entscheidend sind. Spezielle Antigenliefersysteme in Salmonellen, wie die oberflächengebundene Expression oder die Sekretion von Antigenen sind von Vorteil für die Immunogenität der Antigene. Diese Arbeit zielte auf die Entwicklung von neuen Salmonella Trägerstämmen für die Immuntherapie gegen Krebs. Im ersten Projekt wurde TolC, ein multifunktionelles Protein der E. coli Außenmembran, als Membrananker für drei heterologe Antigene benutzt um eine oberflächenassoziierte Expression dieser Antigene zu erreichen. Die entsprechenden plasmidkodierten TolC Fusionsproteine wurden hinsichtlich ihrer Expression, Funktionalität und Plasmidstabilität in verschiedenen, rekombinanten Salmonella Stämmen in vivo und in vitro untersucht. Die Menge an membranständigem rekombinanten TolC war stark erhöht in tolC-deletierten Stämmen. Zusätzlich waren die Fusionsproteine funktionsfähig und die Plasmide wurden in vitro und in vivo äußerst stabil vererbt. Leider konnten weder spezifische CD4+/CD8+ T-Zellantworten gegen das Modelantigen Ovalbumin noch CD8+ Antworten gegen das Krebsantigen BRAFV600E in immunisierten Mäusen detektiert werden. Mäuse, die mit einem Salmonella Stamm immunisiert wurden, der ein immundominantes Epitop des krebsassoziierten Prostata spezifischen Antigens (PSA) in oberflächengebundener Form produziert, waren jedoch partiell vor PSA exprimierenden Melanomzellen geschützt. Das Tumorwachstum in diesen Mäusen verlief signifikant langsamer als in Kontrollgruppen, was indiziert, dass dieses System schützende Immunantworten gegen Krebs auslösen kann. In einem zweiten Projekt wurde der zur Typhusimpfung zugelassene Stamm Salmonella enterica serovar Typhi Ty21a (Ty21a) für die Hämolysin Sekretion verbessert. Dieses aus E. coli stammende Typ I Sekretionssystem wurde oftmals für die Sekretion von heterologen Antigenen in lebenden bakteriellen Impfstoffträgern verwendet. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass eine Mutation von rpoS in Ty21a mit, im Vergleich zu anderen Salmonellen, verminderter Sekretionsfähigkeit von Hämolysin korreliert. Komplementation von rpoS oder rfaH, einem vermuteten Zielprotein von rpoS in Ty21a, verbesserte die Expression und Sekretion von heterologem Hämolysin. RfaH-rekombinante Salmonellen stimulierten höhere Serumantikörpertiter gegen Hämolysin in immunisierten Mäusen als vergleichbare Kontrollen und sogar rpoS komplementierte Salmonellen, vermutlich durch eine Erhöhung der Menge an freiem Hämolysin. Daher könnte dieser Stamm die Basis einer neuen Generation von Impfstämmen gegen heterologe (Krebs-) Antigene für den humanen Gebrauch bilden.