oder NK-Zellen - Medizinische Hochschule Hannover
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Was ist Zelltherapie? Zelltherapeutika zur individualisierten Medizin Ulrike Köhl Institut für Zelltherapeutika GMP Development Unit / Cellular Therapy Centre Medizinische Hochschule Hannover (MHH) Herstellung von Zelltherapeutika Zelluläre Immuntherapien Wer kann davon profitieren? Hämatopoetische Stammzellen als „klassische Zelltherapie“ Arzneimittel für neuartige Therapien Beispiele (1) Virus-spezifische T-Zellen (2) Gen-transduzierte Stammzellen (3) “CAR” exprimierende T- oder NK-Zellen Köhl 14.04.2016 Institut für Zelltherapeutika Einleitung Cellular Therapy Centre / GMP Development Unit September 2011: MHH erwirbt eine GMP facility mit 3 Reinräumen GMP=good manufacturing practice (>10 jährige GMP-Vorgeschichte, Fa. Cytonet) Mai 2012 neues “Institut für Zelltherapeutika” mit: • GMP Development Unit (GMPDU), IFB-Tx: – Service Unit der MHH für neue zellbasierte Therapien – Forschergruppe „Natürliche Killer Zellen“ • Cellular Therapy Centre (CTC): Herstellung und Vertrieb von Zellpräparaten nach §§13, 20b&c, 21a AMG (Arzneimittelgesetz) Institut für Zelltherapeutika: 6 Wissenschaftler/Ärzte, 3 PostDOCs, 2 Assistentinnen, 8 MTAs, 2 PhD Studenten, 1 wiss. Koordinatorin Köhl 14.04.2016 Medical Park Inst. f. Zelltherapeutika MHH Produktion (Reinraum 1+2) Schleuse Reinraum 3 Kryokonservierung Dokumentation 4. OG Wareneingang Freigabe Lager Prüfung/ Qualitätskontrolle Institut für Zelltherapeutika Ziele Validierungsläufe Produktentwicklung Upscaling Herstellung Qualitätskontrolle Freigabe Herstellungserlaubnis Zellbasierte Therapien (ohne substantielle Manipulation) Advanced Therapy Medicinal Products (ATMPs) • Somatische Zelltherapeutika Arzneimittel für neuartige Therapien • Gentherapeutika • Biotechnologisch bearbeitetes Gewebeprodukt Köhl 14.04.2016 Prä-klinisch Herstellung/ Prüfung „AMG“ „first in man“ Studien Späte Klinische Studien Routine Blut und Knochenmark Stammzellen (inkl. CD34 sel., CD3/CD19 depl., TCR α/ß depl.) europaweit B. Eiz-Vepser, B. Mäcker-Kolhoff, Antigen-spezifische T-Zellen (CMV, ADV, EBV, multi-virus) Infektionen, PTLD E. Jäckel A. Franzke Regulatorische T-Zellen M. Sauer, A. Schambach „CAR“-exprim. T-Zellen Somatische ATMPs „CAR“ NK-Zellen S. Petri MSCs ALS T. Lenarz, A. Warnecke MSCs Neuroprotektion, Cholearimplantation P. Vogt, C. Radke MSCs Wund- und Narbenheilung Gentherap. ATMPs R. Blaszyek, C. Figueiredo Cell-Tools F. Limbourg T. Moritz, G. Hansen Marophagen PAP R. Stripecke, A. Ganser „smile“ DZ U. Martin, A. Haverich iPS Kardiomyoz. PTLD = Post Transplant Lymphoprol. Disease AR = Chimeric Antigen Receptor MSC = Mesenchymale Stromazellen ALS = Amytrophische Lateralsklerose PAP = Pulmonale Alveolarproteinose DZ = Dendritische Zellen iPS = induzierte Pluripotente Stammzellen Biotechn. bearb. Gewebeprodukte Zellinteraktionen bei der Immunabwehr Gesundes Patient nach Stammzell-/ Organtransplantation oder mit Immundefekt Erreger angeborenes Immunsystem Natürliche Barriere (Haut / Schleimhaut) Dendriten Hohes Risiko Phagozyten Differenzierung und Aktivierung Zytokine NKZellen Hemmung Aktivierung Zytotox. T-Zellen T-Helferzellen Gesundes B-Zellen erworbenes Immunsystem Lehrnbecher T, Koehl U, et al. Lancet Oncol 2008 Köhl 14.04.2016 Hintergrund Tumorzellen Infektionen Transplantabstoßung Rezdiv der Erkrankung GvHD (graft versus host disease) Allogene SZT bei Patienten mit HochrisikoLeukämien und Tumoren Spender Hintergrund Antigenpräsentierende Zelle T-Zelle KM-Entnahme Leukapherese G-CSF Natürliche Killerzelle Stammzelle B-Zelle Transplantation der Spenderzellen (SZT) Chemotherapie (ggf. Bestrahlung) Empfänger Zellzahl/µl 2000 1500 1000 500 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 Tage nach SZT Immunrekonstitution nach Warren D. Shlomchik, Nature Reviews Immunology 7, 340-352 (May 2007) Routineproduktion Methoden (PEI-Genehmigungen nach §21a AMG) Validierungsläufe Produktentwicklung Herstellung Qualitätskontrolle Freigabe Upscaling CD34/CD133 Selektion CD3/CD19 (TCR αβ) Depletion • • • • • Autologe Blutstammzellen Allogene Blutstammzellen Autologes Knochenmark Allogenes Knochemark Donorlymphozyten (DLI) Insgesamt: > 200 Produkte/ Jahr CD34-selektierte Stammzellen CD133-selektierte Stammzellen CD3/CD19-depletierte Stammzellen TCR αβ-depletierte Stammzellen NTCB = Non target cell bag CCB = Cell collection bag PBSC = Peripheral blood stem cells Köhl 14.04.2016 JACIE Akkreditierung – 2 Kliniken + 2 Institute der MHH im Julie 2014 Clinic of Pediatric Hematology and Oncology Prof. Dr. C. Kratz Clinic of Hematology, Oncology and Stem Cell Transplantation Institute of Transfusion Medicine Institute of Cellular Therapeutics Prof. Dr. A. Ganser Prof. Dr. R. Blasczyk Prof. Dr. U. Köhl Core facility QM Prof. Dr. M. Sauer / Prof. Dr. M. Eder Herstellung von Zelltherapeutika Zelluläre Immuntherapien Hämatopoetische Stammzellen Arzneimittel für neuartige Therapien Beispiele (1) Virus-spezifische T-Zellen Behandlung schwerer Infektionen (2) Gen-transduzierte Stammzellen Chronische Granulomatose Pulmonalen Alveolarproteinose (3) “CAR” exprimierende T- oder NK-Zellen Neue Wege in der Krebstherapie Köhl 14.04.2016 Immunrekonstitution nach SZT Hintergrund Zellzahl [WBC/µl] KMT 1. Jahr nach SZT: Konditionierung Gefahr einer Cytomegalievirus (CMV) – Reaktivierung (Adenovirus (ADV), Epstein-Barr Virus …) 5.000 Immunrekonstitution 0 -10 0 +10 +20 Tage nach KMT Köhl 14.04.2016 +30 +40 Herstellung antiviraler T-Zellen für den Einsatz in der adoptiven Immuntherapie CMV, EBV oder ADV spezifische Peptide B. Mäcker-Kolhoff B. Eiz-Vesper Antigenstimulation Apherese Zytokin-sezernierende Zellen Spenderlymphozyten Spender Antivirale T-Zellen Empfänger Köhl 14.04.2016 Tischer S et al. J Translational Medicine 2015 Zellseparation mittels Cytokine Capture System (CCS) CMV spezifische T-Zellen (CD8+ IFN- +) vor Aufreinigung Ergebnisse nach Aufreinigung 0.3% CD8 CD8 93% IFN- IFN- Tischer S et al. J Translational Medicine 2015 Köhl 14.04.2016 alloCELL: Herstellung und Applikation antigenspezifischer T-Zellen Ergebnisse Herstellungserlaubnis - CMV-CTLs: 2014 - EBV/ADV-CTLs: 2015 - multi virus-spezifische: 2015 Spender Register alloCELL (ITM, MHH) • Einwilligung von >1500 Spendern • > 500 gut charakterisierteSpender: CMV-CTLs/ EBV-CTLs/ ADV-CTLs (HHV6, WT1) Herstellung n=23 • 10 Patienten: CMV-CTLs • 3 Patienten: EBV-CTLs • 1 Patient: CMV-/ ADV-CTLs • 9 Patienten: ADV-CTLs Tischer S, Priesner C … Maecker-Kolhoff B…Koehl U*, Eiz-Vesper B*. J Translational Medicine 2015 Bereich: 5x104 - 3x106 IFN-+ CD3+T-Zellen Herstellung von Zelltherapeutika Zelluläre Immuntherapien Hämatopoetische Stammzellen Arzneimittel für neuartige Therapien Beispiele (1) Virus-spezifische T-Zellen Behandlung schwerer Infektionen (2) Gen-transduzierte Stammzellen Chronische Granulomatose Pulmonalen Alveolarproteinose (3) “CAR” exprimierende T- oder NK-Zellen Neue Wege in der Krebstherapie Köhl 14.04.2016 Gentherapie für X-CGD Frankfurt, Hannover, Zürich Ergebnisse (X-Chromosomen gebundene chronische Granulomatose) Erbkrankheit: Funktionaler Defekt der NADPH-Oxidase Schwere Infektionen; stark reduzierte Lebenserwartung Transplantation der modifizierten Stammzellen Partielle Myeloablation (Busulfan) X-CGD Patient Retroviraler Gentransfer LTR gp91phox Stammzellen (CD34+) LTR Transfervektor (SF71phox) G-CSF Mobilisierung Isolierung von CD34+ Zellen Leitung: M. Grez GSH Frankfurt Benefit und Grenzen der CGD-Behandlung Ergebnisse Anteil der Insertionen in % vor Gentherapie gp91+ Zellen MDS1/EVI1 PRDM16 Tage nach Transplantation nach Gentherapie Entwicklung eines Myelodysplastisches Syndroms mit Monsosomie 7, Epigenetisches Gen “silencing” Ott M et al., Nature Medicine 2006 Stein S et al., Nature Medicine 2010 Siler U et al., Curr Gene Therapy 2015 Gentherapie der Pulmonalen Alveolarproteinose (PAP) G. Hansen Genkorrigierte autologe Makrophagen Vorläuferzellen (KM) zur PAP Behandlung Akkumulation von Proteinen in der Lunge Resolution der Lungenerkrankung Gesunder Mensch PAP- Patient T. Moritz Herstellung von Zelltherapeutika Zelluläre Immuntherapien Hämatopoetische Stammzellen Arzneimittel für neuartige Therapien Beispiele (1) Virus-spezifische T-Zellen Behandlung schwerer Infektionen (2) Gen-transduzierte Stammzellen Chronische Granulomatose Pulmonalen Alveolarproteinose (3) “CAR” exprimierende T- oder NK-Zellen Neue Wege in der Krebstherapie Köhl 14.04.2016 Ergebnisse Neue therapeutische Wege bei Krebs: “CARs” Transduktion EffektorZelle KrebsZelle EffektorZelle GD2 ErbB2 CD19 CD20 CD123/(CD44v6) + anti-CAR scFv Aktivierung der T/NK-Zelle CAR Effektor -Zelle anti-GD2 anti-ErbB2 anti-CD19 anti-CD20 anti-CD123 CD28 Angriff und Zerstörung der Krebszelle Transmembran Domäne 4-1BB CD3 “third generation CARs”: Gerichtete, krebs-spezifische T- oder NK-Zellen: Exprimieren Chimäre Antigenrezeptoren (CAR) bi-spezifisch Köhl 14.04.2016 Kombination der Antigenerkennungsdomäne eines Antikörpers mit der intrazellulären Domäne von CD3ζ „chimeric antigen receptor (CAR)“, „scFv=single chain Fv antibody“ Gerichtete “CAR” exprimierende T-Zellen www.clinicaltrials.gov: > 150 registrierte klinische „CAR“ T-Zell Studien (überwiegend USA) 02/2016 - BMBF geförd. multi-zentrische Melanom-Studie: Miltenyi Biotec; H. Abken (Köln); Institut für Zelltherapeutika, MHH (Hannover): Zentrale Herstellung FO CUS O N t Um O UR I m m UNO l O g y & I m m UNOtREV h ERa p yS I EW Transduzierte Automatische Herstellung T-Zellen FO CUS O N t Um O UR I m mgerichteter UNO l O g y & I m m UNOtREV h ERa p yS I EW FO CUS O N t Um O URSIN I m m UNO l O g y & I m m UNOtREV h ERa p yS I EW T-Zellen a Lentivraler CD4/CD8 selektierte TCR T-Zellen T cell Tumourasample from patient Tumour sample TCR from patient TCR T cell T cell Vektor für CD20 CAR Gen-modifizierte Expand cell T-Zellen Tumourpopulations in culture “CAR T-Zellen” gegen TCR Expand cell Tumourpopulations in culture Melanom-Stammzellen Expand cell Avidity testing Tumour- TCR populations in culture Patient Patient Patient TCR anti-CAR a Tumour sample from patient Avidity testing Avidity Viral vector encoding testing Human T cell engineered to express tumourT cells isolated ZellZell- from tumour ZellViral Zellvector encoding Human T cell Finale engineered to T cell Viral vector encoding Human Expansion Formulierung selektion aktivierung transduktion expressengineered tumour- to T cells isolated from tumour express tumour- a T cells isolated Tumour sample from tumour afrom patient FO CUS OTCR N t Um O UR I m m UNO l O g y & I m Expand cell Tumour sample Patient Tumourpopulations in culture from patient T cell TCR a TCR Tumour sample Exp Genetically from patient T cell pop TCR Avidity Tumourengineered TCR T cell testing activating Avidity Human T cell expressing Clone chimeric Avidity Avidity motif testingGenetically chimeric antigen antigen receptor testing testing engineered Genetically into retroviral vector Viral vecto activating Viral vector encoding Human T cell engineered HumanaT cell expressing tumour antigen Clone chimeric engineered to motif Viral activating vector encoding Human T cellchimeric chimeric antigen express tumourT cells isolated Human T cell expressing antigen receptor Clone from tumour T cells isolated Viral vecto engineered to motif chimeric antigen into retroviral vector antigen receptor from tumour express tumoura tumour antigen into retroviral vector b T cells isolated Mouse transgenic a tumour antigen from tumour for human MHC FO CUS O N t Um O UR I m FO CUS O N t Um O UR I m m UNO l O g y & I m m UNOtREV h ERa p yS I EW FO CUS O NKontrolle t Um O UR I m a Melanom Tumour sample from patient Patient b LeukaTCRb phereseb Lymphodepletion Konditionierung T cell Qualitäts kontrolle Zellinfusion CD8 c isolated T cells from tumour NK-Zellen zur Immuntherapie Ergebnisse NK-DLI = NK-Zell Donor Lymphozyten Infusion Allogene NK-Zellen (NK-DLI) nach haploidenter SZT (Clin Gov: NCT 01386619) Hochrisikopatienten mit Leukämien und Tumoren Leukapherese GMP GMP Spender Eltern Haploidente Stammzelltransplantation (SZT) NK-Zell-Aufreinigung IL-2 Expansion (CD56-Sel./CD3-Depl.) (1000 U/ml) NK-Zell-Applikation 1. NK-Zell Applikation 2. NK-Zell Applikation 3. NK-Zell Applikation (+3) +40 +100 CD34 sel./ CD3/CD19 depl. 0 Koehl Front Oncol 2013 Stern BMT 2013 Kloess Frontiers Immunol 2015 Kloess Oncoimmunol 2015 [Tage nach SZT] Koehl OncoImmunol in press (review) NK-Zellen zur Immuntherapie Ergebnisse NK-DLI = NK-Zell Donor Lymphozyten Infusion Allogene NK-Zellen (NK-DLI) nach haploidenter SZT (Clin Gov: NCT 01386619) Hochrisikopatienten mit Leukämien und Tumoren Leukapherese GMP GMP Spender Eltern NK-Zell-Aufreinigung IL-2 Expansion (CD56-Sel./CD3-Depl.) (1000 U/ml) NK-Zell-Applikation Möglichkeiten Haploidente Alle Patienten (n=25) Therapie gut vertragen StammzelltransNK-Zell3/kg NK-Zell Keineplantation GvHD (graft versus host1.disease) wenn T-Zellen <2.50x10 Applikation Applikation (SZT) Applikation von „third party“ NK-Zellen ist möglich 3. NK-Zell Applikation CD34 sel./ CD3/CD19 depl. Grenzen 0 (+3) +40 Tumor Immun-Escape Mechanismen (MICA, TGFβ) Koehl Front Oncol 2013 Stern BMT 2013 Kloess Frontiers Immunol 2015 Kloess Oncoimmunol 2015 +100 [Tage nach SZT] Koehl OncoImmunol in press (review) Retrovirale Transduktion primärer humaner NK-Zellen Ergebnisse EGFP pos. Zellen (%) Transduktion primärer humaner NK-Zellen alpha EGFP Mock FSC-H Effiziente Transduktionsrate bei primären NK-Zellen mit alpha SIN Vektoren Suerth J et al. J Mol Med August 2015 Köhl 14.04.2016 Koop.: A. Schambach, MHH CAR-exprimierende NK-Zellen gerichtet gegen CD19 IL-2-aktivierte NKZellen vs. BV173 Anti-CD19-CAR-NKZellen vs. BV173 Ergebnisse Anti-CD19-CAR-NK-Zellen vs. anti-CD19-markierte BV173 CD19+ Leukämiezellen (%) Blockierung Zeit [h]; Effektor:Target (NK-Zellen vs. BV173) Ratio: 5:1 Köhl 14.04.2016 Zimmermann S … Koehl U. JIM 2005 Suerth J et al. J Mol Med August 2015 Clinical Scale – CAR-exprimierende NK-Zellen Validierungsläufe Produktentwicklung Upscaling Herstellung Qualitätskontrolle GMP-konformes Protokoll „Off the shelf“ Product: Advanced Therapy Medicinal Product Köhl 14.04.2016 SOP=standard operation protocol CMC=chemical manufacturing and control IMPD=investigational medicinal product dossier Zusammenfassung Möglichkeiten: Herstellung von Stammzellpräparaten zur SZT: Etabliert, > 15 Jahre Arzneimittel für neuartige Therapien zur individualisierten Medizin: Therapieoption für Hochrisikopatienten nach SZT und Organtransplantation - Antigen-spezifische T-Zellen bei schwersten Infektionen - Korrektur schwerer Gendefekte durch gen-transduzierte SZ möglich (CGD; Pul. Alveolarpr.) - Gerichtete T- und NK-Zellen zur Krebstherapie; Gabe „third party Spender-NK-Zellen“ Grenzen: Gefahr durch langlebige Zellen, die entarten können (CGD) antigen-spezifische T-Zellen: Dosiseskalation schwierig - Anzahl gering Äußerst wirkungsvoll, aber zeitaufwendig und teuer Köhl 14.04.2016 Team Institut für Zelltherapeutika U. Köhl´s „23 co-worker“ R. Esser S. Klöss W. Glienke O. Oberschmidt T. Gardlowski M. Marburger N. Matthies K. Zuther A. Silva C. Batkai A. Quaiser A. Kruel L. Arseniev C. Priesner K. Aleksandrova J. Leise K. Bennay-M`Barkiou S. Könecke D. Ladas A. Mut A. Franke C. Dehn A. Oppe Köhl 14.04.2016 Research GMP-DU CTC Clinic Pädiatrische Hämatol./Onkol., MHH Institut f. Transfusionsmedizin, MHH C. Kratz B. Mäcker-Kolhoff R. Baier R. Blasczyk M. Sauer K.W. Sykora GSH, Frankfurt, D B. Eiz-Vepser S. Tischer Kantons-Spital Basel, CH M. Grez Hämatologie, Onkologie, SZT, MHH A. Ganser M. Eder M. Stadler E. Mischak-Weissinger R. Stripecke L. Goudeva HG. Heuft J. Passweg M. Stern C. Kalberer Kinderspital, Zürich, CH J. Reichenbach R. Seger Experimentelle Hämatol./Onkol., MHH Pädiatrische Hämatologie/ Onkologie Frankfurt, D T. Klingebiel D. Schwabe S. Hünecke P. Bader C. Brehm J. Sörensen M. Bremm Köhl 14.04.2016 A. Schambach M. Morgan T. Moritz M. Galla Pädiatrische Neon./Pneum., MHH G. Hansen und Ihnen Danke fuer Ihre Aufmerksamkeit
