T-cellen identificeren die de tumor al bestrijden: de pijplijn van Hartwig in de praktijk 

Op zoek naar effectievere kankerbehandelingen, ontwikkelen Alena Gros en haar team bij het Vall d’Hebron Instituut voor Oncologie in Barcelona een gepersonaliseerde T-celtherapie. Ze zijn onlangs overgestapt naar Whole Genome Sequencing in samenwerking met Hartwig Medical Foundation. “Dit heeft een significante impact gehad op ons onderzoek. We kunnen nu het aantal kandidaat-tumorantigenen uitbreiden en mogelijk meer reactieve T-cellen identificeren.” 

Door Laura Nederveen 

“Als we geen reactieve T-cellen vinden, dan krijgt de patiënt geen behandeling,” zegt Alena Gros, groepsleider bij het Vall d’Hebron Instituut voor Oncologie in Barcelona. Gros onderzoekt een nieuw soort behandeling van kanker, waarbij gebruik wordt gemaakt van de eigen immuuncellen (T-cellen) die specifieke tumor-antigenen herkennen, de zogenaamde neoantigenen. In deze klinische studie worden neoantigenen geïdentificeerd via een genetische screening, uitgevoerd in samenwerking met Hartwig Medical Foundation (Hartwig). Met Whole Genome Sequencing en de uitgebreide analysepijplijn van Hartwig kan Gros nu extra neoantigenen en de bijbehorende T-cellen identificeren. Dat is noodzakelijk voor patiënten om deze innovatieve behandeling te kunnen ontvangen. Maar hoe werkt deze methode precies en hoe waardeert Gros de samenwerking met Hartwig? 

Met Whole Genome Sequencing en de uitgebreide analysepijplijn van Hartwig kan Gros nu extra neoantigenen en de bijbehorende T-cellen identificeren. 

Bij meer conventionele ‘CAR’ T-cel immunotherapie worden kanker-specifieke T-cellen verkregen door algemene T-cellen te isoleren uit het bloed van de patiënt en deze in het laboratorium te modificeren om tumorcellen te herkennen voordat ze weer aan de patiënt worden toegediend. Deze methode is echter voornamelijk effectief bij bloedkankers zoals lymfomen en minder bij solide tumoren. Bij de methode die Gros gebruikt, bekend als Tumor Infiltrating Leukocyte (TIL) therapie, wordt een specifieke subset verkregen van T-cellen die zich in de tumormicro-omgeving bevinden. Deze cellen worden geëxtraheerd en vermeerderd vanuit een biopt van een solide tumor. 

Onlangs werd een belangrijke mijlpaal bereikt in TIL-therapie, legt Gros uit: “In februari werd de eerste TIL-therapie goedgekeurd door de FDA. Dat is dus de eerste goedgekeurde (eenmalige) T-celtherapie voor een solide kanker.” Terwijl deze goedgekeurde therapie alle TILs vermeerdert, richt Gros zich op het vergroten van de effectiviteit door specifiek die TILs te vermeerderen die reageren op neoantigenen. Deze neoantigenen, die voortkomen uit tumorspecifieke mutaties, worden geïdentificeerd door sequencing van tumorcellen. Gros: “We doen de sequencing voor elke patiënt, dus dit is zeer gepersonaliseerd.” 

Aanvankelijk besteedde Gros de sequencing uit aan een bedrijf dat Whole Exome Sequencing (WES) uitvoerde en deed ze de data-analyse intern. Dit bracht echter uitdagingen met zich mee, legt Gros uit: “Onze interne analysepijplijn moest regelmatig worden bijgewerkt, maar de persoon die het programma had ontwikkeld werkte niet meer bij ons, wat voor problemen zorgde. Hoewel we het konden oplossen, kostte het veel tijd.” 

Tot acht maanden geleden. Een nieuwe collega, die eerder met Hartwig had gewerkt, kwam bij het instituut. Connecties werden gelegd en een nieuwe samenwerking werd opgezet. 

“In het begin was ik sceptisch over de overgang naar een nieuwe analysepijplijn,” herinnert Gros zich, “maar de resultaten waren erg goed en consistent.” Met Hartwig voert ze nu Whole Genome Sequencing (WGS) uit en maakt ze gebruik van hun analysepijplijn. Een vergelijking van de resultaten tussen hun interne pijplijn en die van Hartwig onthulde opvallende overeenkomsten: de meeste hits van hun interne software werden ook gevonden door de pijplijn van Hartwig. 

Bovendien bracht de overstap van WES naar WGS extra voordelen, zoals de detectie van virale integraties, de bepaling van de clonaliteit van varianten en de detectie van structurele varianten, zoals grote inserties en deleties. Daarnaast kan de status van het complex dat antigenen presenteert, maar wat vaak gemuteerd is in tumorcellen, goed worden gekarakteriseerd. Gros: “Dit heeft een significante impact gehad op ons onderzoek, waardoor we het aantal kandidaat-tumorantigenen dat we screenen kunnen uitbreiden en we mogelijk meer reactieve T-cellen kunnen identificeren.” 

Alena Gros:

“De snelheid van de test van Hartwig is cruciaal voor de patiënten, want zij kunnen niet zo lang wachten op de behandeling.” 

Een ander belangrijk voordeel van samenwerken met Hartwig is de snelheid van de test. De oorspronkelijke WES-sequencing duurde drie tot vier weken, terwijl WGS met Hartwig nu tien tot elf dagen in beslag neemt. “Dit is cruciaal voor de patiënten,” benadrukt Gros, “want zij kunnen niet zo lang wachten op de behandeling.” 

Genoeg reden voor Gros om de overstap te maken: “Het heeft ons jaren gekost om onze eigen pijplijn te ontwikkelen – ik overdrijf niet! – maar nu schakelen we langzaam volledig over naar het gebruik van alleen de analysepijplijn van Hartwig.” 

De samenwerking met Hartwig is vanaf het begin zeer prettig geweest, blikt Gros terug. “Toen we problemen hadden met het downloaden van de data, dachten de mensen van Hartwig echt mee en hielpen ze ons het probleem op te lossen.” 

“Natuurlijk kost Whole Genome Sequencing meer dan Whole Exome Sequencing, maar als je het je kunt veroorloven, zou ik zeker aanraden samen te werken met Hartwig,” zegt Gros. “De verwachting is dat deze kosten in de toekomst zullen dalen. Bovendien waren de verkorte doorlooptijd en de extra structurele data voor ons cruciaal en dus de moeite waard.” Overigens is de analysepijplijn van Hartwig open source en vrij beschikbaar voor iedereen. 

In de klinische studie werkt Gros samen met Dr. Elena Garralda, directeur van de Early Drug Development Unit. Gros en haar team zijn verantwoordelijk voor het leveren van de geselecteerde T-cellen, terwijl een medisch team de behandeling uitvoert. In de praktijk betekent dit dat eerst een biopt van de tumor wordt genomen, waarna hieruit DNA wordt geïsoleerd in het laboratorium van Gros. Dit DNA wordt naar Nederland gestuurd om door Hartwig te worden gesequenced. Vervolgens downloaden en analyseren de onderzoekers de ruwe en door Hartwig geanalyseerde data en screenen ze de immuuncellen uit het biopt op neoantigen-specifieke T-cellen met behulp van de geïdentificeerde – en tot expressie gebrachte – neoantigenen als reagentia. 

“Als we reactieve T-cellen vinden gaan we terug naar de productiefaciliteit (Blood and Tissue Bank, Barcelona) die deze TILs onder steriele omstandigheden heeft ingevroren,” legt Gros uit. “We vragen de faciliteit om specifiek die monsters te ontdooien en te vermeerderen die neoantigeenreactiviteit bevatten. Uiteindelijk wordt het verkregen T-celproduct overhandigd aan het medische team om de patiënt te behandelen.” 

Alena Gros:

“Deze retrospectieve data-analyse heeft de potentie om de TIL-therapie te verbeteren en bij te dragen aan gerichtere inzet en hoger effectiviteit.” 

“Tot nu toe zijn ongeveer twintig patiënten gescreend waarvan slechts een klein deel is behandeld,” zegt Gros. In deze kleine studie streeft ze naar een totaal van tien behandelde patiënten als proof of principle. 

Naast het behandelen van patiënten met geselecteerde TILs, wil Gros ook fundamenteel begrijpen welke antigenen de TILs herkennen bij kankerpatiënten. Dit omvat het identificeren van specifieke mutaties (de neoantigenen) en andere antigenen in de tumor van een patiënt. Die laatste zijn antigenen die niet gemuteerd zijn maar specifiek in de tumor tot expressie gebracht worden, zoals virale antigenen en antigenen die normaal alleen in de kiembaan tot expressie komen. Ook is Gros van plan gebruik te maken van de databank met volledige genoomsequenties, voor meta-analyse van grotere groepen patiënten: “We willen ons cohort vergelijken met andere cohorten die door Hartwig zijn gesequenced.” 

Het uiteindelijke doel is om gen- of RNA- ‘handtekeningen’ te identificeren die de patiëntreactiviteit voorspellen van neoantigenen en andere kankerantigenen. Op basis van deze handtekeningen wil Gros vervolgens de responsiviteit van TILs bepalen. Gros: “Deze retrospectieve data-analyse heeft de potentie om de TIL-therapie te verbeteren en bij te dragen aan gerichtere inzet en hoger effectiviteit van immunotherapie voor solide tumoren.” 

Alena Gros:

“Zonder de snelheid en uitgebreidheid van Hartwigs WGS zou dit niet mogelijk zijn geweest.” 

Intussen gaat de klinische studie door. Momenteel is het nog te vroeg om te zeggen of de behandeling werkt, maar het is veelbelovend dat ten minste voor een paar patiënten een geselecteerd T-celproduct kon worden bereid en dat de patiënten konden worden behandeld. De samenwerking met Hartwig was volgens Gros essentieel: “Zonder de snelheid en uitgebreidheid van Hartwigs WGS zou dit niet mogelijk zijn geweest.” 

Het klinisch onderzoek wordt gefinancierd door Instituto de Salud Carlos III en CAIMI-II Program, Fundación BBVA.