Targeting the undruggable: immunotherapy meets personalized oncology in the genomic era.

Owing to recent advances in genomic technologies, personalized oncology is poised to fundamentally alter cancer therapy. In this paradigm, the mutational and transcriptional profiles of tumors are assessed, and personalized treatments are designed based on the specific molecular abnormalities relevant to each patient's cancer. To date, such approaches have yielded impressive clinical responses in some patients. However, a major limitation of this strategy has also been revealed: the vast majority of tumor mutations are not targetable by current pharmacological approaches. Immunotherapy offers a promising alternative to exploit tumor mutations as targets for clinical intervention. Mutated proteins can give rise to novel antigens (called neoantigens) that are recognized with high specificity by patient T cells. Indeed, neoantigen-specific T cells have been shown to underlie clinical responses to many standard treatments and immunotherapeutic interventions. Moreover, studies in mouse models targeting neoantigens, and early results from clinical trials, have established proof of concept for personalized immunotherapies targeting next-generation sequencing identified neoantigens. Here, we review basic immunological principles related to T-cell recognition of neoantigens, and we examine recent studies that use genomic data to design personalized immunotherapies. We discuss the opportunities and challenges that lie ahead on the road to improving patient outcomes by incorporating immunotherapy into the paradigm of personalized oncology.

Nanocarriers for DNA Vaccines: Co-Delivery of TLR-9 and NLR-2 Ligands Leads to Synergistic Enhancement of Proinflammatory Cytokine Release

Adjuvants enhance immunogenicity of vaccines through either targeted antigen delivery or stimulation of immune receptors. Three cationic nanoparticle formulations were evaluated for their potential as carriers for a DNA vaccine, and muramyl dipeptide (MDP) as immunostimulatory agent, to induce and increase immunogenicity of Mycobacterium tuberculosis antigen encoding plasmid DNA (pDNA). The formulations included (1) trimethyl chitosan (TMC) nanoparticles, (2) a squalene-in-water nanoemulsion, and (3) a mineral oil-in-water nanoemulsion. The adjuvant effect of the pDNA-nanocomplexes was evaluated by serum antibody analysis in immunized mice. All three carriers display a strong adjuvant effect, however, only TMC nanoparticles were capable to bias immune responses towards Th1. pDNA naturally contains immunostimulatory unmethylated CpG motifs that are recognized by Toll-like receptor 9 (TLR-9). In mechanistic in vitro studies, activation of TLR-9 and the ability to enhance immunogenicity by simultaneously targeting TLR-9 and NOD-like receptor 2 (NLR-2) was determined by proinflammatory cytokine release in RAW264.7 macrophages. pDNA in combination with MDP was shown to significantly increase proinflammatory cytokine release in a synergistic manner, dependent on NLR-2 activation. In summary, novel pDNA-Ag85A loaded nanoparticle formulations, which induce antigen specific immune responses in mice were developed, taking advantage of the synergistic combinations of TLR and NLR agonists to increase the adjuvanticity of the carriers used.

Antibody levels against GLURP R2, MSP1 block 2 hybrid and AS202.11 and the risk of malaria in children living in hyperendemic (Burkina Faso) and hypo-endemic (Ghana) areas.

Differences in parasite transmission intensity influence the process of acquisition of host immunity to Plasmodium falciparum malaria and ultimately, the rate of malaria related morbidity and mortality. Potential vaccines being designed to complement current intervention efforts therefore need to be evaluated against different malaria endemicity backgrounds. The associations between antibody responses to the chimeric merozoite surface protein 1 block 2 hybrid (MSP1 hybrid), glutamate-rich protein region 2 (GLURP R2) and the peptide AS202.11, and the risk of malaria were assessed in children living in malaria hyperendemic (Burkina Faso, n = 354) and hypo-endemic (Ghana, n = 209) areas. Using the same reagent lots and standardized protocols for both study sites, immunoglobulin (Ig) M, IgG and IgG sub-class levels to each antigen were measured by ELISA in plasma from the children (aged 6-72 months). Associations between antibody levels and risk of malaria were assessed using Cox regression models adjusting for covariates. There was a significant association between GLURP R2 IgG3 and reduced risk of malaria after adjusting age of children in both the Burkinabe (hazard ratio 0.82; 95 % CI 0.74-0.91, p < 0.0001) and the Ghanaian (HR 0.48; 95 % CI 0.25-0.91, p = 0.02) cohorts. MSP1 hybrid IgM was associated (HR 0.85; 95 % CI 0.73-0.98, p = 0.02) with reduced risk of malaria in Burkina Faso cohort while IgG against AS202.11 in the Ghanaian children was associated with increased risk of malaria (HR 1.29; 95 % CI 1.01-1.65, p = 0.04). These findings support further development of GLURP R2 and MSP1 block 2 hybrid, perhaps as a fusion vaccine antigen targeting malaria blood stage that can be deployed in areas of varying transmission intensity.

Réponse cellulaire pan-spécifique : analyse de la présentation d’antigènes conservés du virus de l’influenza

Les méthodes de vaccination actuelles contre l’influenza, axées sur la réponse à anticorps dirigée contre des antigènes hautement variables, nécessitent la production d’un vaccin pour chaque nouvelle souche. Le défi est maintenant de stimuler simultanément une réponse cellulaire pan-spécifique ciblant des antigènes conservés du virus, tel que la protéine de la matrice (M1) ou la nucléoprotéine (NP). Or, la présentation antigénique de ces protéines est peu définie chez l’humain. Nous avons analysé la présentation endogène par les complexes majeurs d’histocompatibilité de classes (CMH)-I et -II de M1 et de NP. Ainsi, les protéines M1 et NP ont été exprimées dans des cellules présentatrices d’antigènes (CPAs). Notamment, des épitopes de M1 et de NP endogènes peuvent être présentées par CMH-I et -II, ce qui résulte en une activation respectivement de lymphocytes T CD8+ et CD4+ précédemment isolés. Étant donné l’importance des lymphocytes T CD4+ dans la réponse cellulaire, nous avons cloné M1 ou NP en fusion avec des séquences de la protéine gp100 permettant la mobilisation vers les compartiments du CMH-II sans affecter la présentation par CMH-I. Des CPAs exprimant de façon endogène ces constructions modifiées ou sauvages ont ensuite été utilisées pour stimuler in vitro des lymphocytes T humains dont la qualité a été évaluée selon la production de cytokines et la présence de molécules de surface (ELISA ou marquage de cytokines intracellulaire). Nous avons observé une expansion de lymphocytes T CD8+ et CD4+ effecteurs spécifiques sécrétant diverses cytokines pro-inflammatoires (IFN-γ, TNF, MIP-1β) dans des proportions comparables avec une présentation par CMH-II basale ou améliorée. Cette qualité indépendante du niveau de présentation endogène par CMH-II de M1 et de NP des lymphocytes T CD4+ et CD8+ suggère que cette présentation est suffisante à court terme. En outre, la présentation endogène de M1 et NP a permis de stimuler des lymphocytes T spécifiques à des épitopes conservés du virus, tel qu’identifié à l’aide une méthode d’identification originale basée sur des segments d’ARNm, « mRNA PCR-based epitope chase (mPEC) ». Ensemble, ces nouvelles connaissances sur la présentation antigénique de M1 et de NP pourraient servir à établir de nouvelles stratégies vaccinales pan-spécifiques contre l’influenza.

Enforcing dendritic cell vaccines by manipulating the MHC II antigen presentation pathway

Les vaccins à base de cellules dendritiques (DCs) constituent une avenue très populaire en immunothérapie du cancer. Alors que ces cellules peuvent présenter des peptides exogènes ajoutés au milieu, l’efficacité de chargement de ces peptides au le complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe II est limitée. En effet, la majorité des molécules du CMH II à la surface des DCs sont très stable et l’échange de peptide spontané est minime. Confinée aux vésicules endosomales, HLA-DM (DM) retire les peptides des molécules du CMH II en plus de leur accorder une conformation réceptive au chargement de peptides. Il est possible, cependant, de muter le signal de rétention de DM de façon à ce que la protéine s’accumule en surface. Nous avons émis l’hypothèse que ce mutant de DM (DMY) sera aussi fonctionnel à la surface que dans la voie endosomale et qu’il favorisera le chargement de peptides exogènes aux DCs. Nous avons utilisé un vecteur adénoviral pour exprimer DMY dans des DCs et avons montrer que la molécule augmente le chargement de peptides. L’augmentation du chargement peptidique par DMY est autant qualitatif que quantitatif. DMY améliore la réponse T auxiliaire (Th) du coté Th1, ce qui favorise l’immunité anti-cancer. Du côté qualitatif, le chargement de peptides résulte en des complexes peptide-CMHII (pCMH) d’une conformation supérieure (conformère). Ce conformère (Type A) est le préféré pour la vaccination et DMY édite avec succès les complexes pCMH à la surface en éliminant ceux de type B, lesquels sont indésirables. La fonction de DM est régulée par HLA-DO (DO). Ce dernier inhibe l’habilité de DM à échanger le peptide CLIP (peptide dérivée de la chaîne invariante) en fonction du pH, donc dans les endosomes tardifs. Mes résultats indiquent que la surexpression de DO influence la présentation des superantigènes (SAgs) dépendants de la nature du peptide. Il est probable que DO améliore indirectement la liaison de ces SAgs au pCMH dû à l’accumulation de complexe CLIP-CMH, d’autant plus qu’il neutralise la polarisation Th2 normalement observée par CLIP. Ensemble, ces résultats indiquent que DMY est un outil intéressant pour renforcer le chargement de peptides exogènes sur les DCs et ainsi générer des vaccins efficaces. Un effet inattendu de DO sur la présentation de certains SAgs a aussi été observé. Davantage de recherche est nécessaire afin de résoudre comment DMY et DO influence la polarisation des lymphocytes T auxiliaires. Cela conduira à une meilleure compréhension de la présentation antigénique et de son étroite collaboration avec le système immunitaire.

Les cadres de lectures alternatifs : une approche non-conventionnelle pour le développement de vecteurs vaccinaux

Introduction: Les cadres de lectures alternatifs (CLA) sont utilisés par de multiples virus afin de générer plusieurs protéines à partir d'une seule séquence nucléotidique. Les épitopes dits « cryptiques », c’est-à-dire les épitopes dérivés de protéines codées dans des CLAs, ont étés dernièrement l’objet de différentes études portant sur la réponse immunitaire antivirale et les lymphocytes T cytotoxiques. Méthodologie: Afin de vérifier le potentiel immunogène d'épitopes encodés dans des CLAs programmés, trois cassettes ont été construites pour mener à l'expression de trois épitopes bien caractérisés (épitope GAG77–85 du virus de l'immunodéficience humaine de type 1; épitope NS31406-1415 du virus de l'hépatite C; épitope core18-27 du virus de l'hépatite B) à partir de trois cadres de lectures superposés. La première cassette permet une initiation alternative de la traduction, la deuxième comprend deux signaux bipartites en tandem permettant un frameshift ribosomique et la troisième est une cassette contrôle. Ces éléments ont été introduits dans des vecteurs adénoviraux. Les virions générés ont servi à immuniser des souris C57BL/6 transgéniques pour HLA-A*0201 et HLA-DR1. La réponse immunitaire induite une semaine post-immunisation a été mesurée par essai ELISpot IFN . Résultats: Dans le contexte de cassettes vaccinales, les peptides dérivés d'une initiation alternative de traduction et de changement de cadre de lecture ribosomique ribosomal peuvent être exprimés et détectés par le système immunitaire dans un modèle animal. Conclusion: Ces expériences suggèrent la possibilité de développer de nouvelles stratégies vaccinales dans le but de prévenir ou de guérir certaines maladies associées aux infections virales chroniques telles que celles causées par le virus de l’immunodéficience humaine et le virus de l’hépatite C.

Correlates of protective immunity against hepatitis C virus

Le virus de l’hépatite C (VHC) infecte ~185 millions d’individus dans le monde. Malgré le développement des nouvelles thérapies dirigées contre le VHC, on compte deux millions de nouvelles infections chaque année, en particulier dans les pays sous-développés et les populations marginalisées. Comme pour la plupart des virus à infection chronique, le développement d’un vaccin prophylactique efficace est limité par le manque de caractérisation des déterminants de la mémoire immunitaire protectrice lors des épisodes de réinfection naturelle chez les êtres humains. Le VHC représente un modèle unique au sein des virus à infection chronique pour étudier l’immunité protectrice. En effet ~30% des patients infectés par le VHC peuvent être guéris suite à un premier épisode d’infection spontanément. Dans cette thèse, nous avons étudié l’immunité protectrice contre le VHC dans une cohorte d’utilisateurs de drogues par injection qui sont à risque d’être infectés ou réinfectés. Notre hypothèse est que la majorité des patients qui ont résolu une première infection par le VHC sont protégés contre le développement d’une infection chronique s’ils sont réexposés. Cette immunité protectrice est associée à la présence des cellules T CD4 et CD8 polyfonctionnelles qui possèdent des fréquences, magnitudes et avidités élevées. La capacité protectrice des cellules T mémoire contre les séquences variables du VHC est dépendante de la diversité et flexibilité du répertoire de leurs récepteurs de cellules T (TCR), qui reconnaissent les séquences variables des épitopes ciblés. Notre premier objectif était de définir et détailler les déterminants de l’immunité protectrice conférée par les cellules T spécifiques du VHC. Nos résultats ont montré que la protection pendant l’épisode de réinfection était associée à une augmentation de la magnitude et du spectre des réponses spécifiques par les cellules T CD4 et CD8 polyfonctionnelles, ainsi que par l’apparition d’une population de cellules T tétramère+ CD8+ effectrices qui expriment faiblement le marqueur CD127 (CD127lo) lors du pic de la réponse. Chez les patients qui ont développé une infection chronique pendant l’épisode de réinfection, nous avons observé une expansion très limitée des cellules T CD4 et CD8. Le séquençage des épitopes ciblés par les cellules T CD8 chez ces patients qui sont non-protégés a montré que les séquences de ces épitopes sont différentes des séquences de référence qui étaient utilisées pour tous les essais immunologiques de cette étude. Le deuxième objectif était d’analyser la dynamique du répertoire des TCRs des cellules T CD8 spécifiques chez les patients protégés versus les patients non-protégés. Nos résultats ont montré que le répertoire des cellules T CD8 spécifiques est plus focalisé que chez les patients protégés. En plus, nous avons observé que les clonotypes qui forment le répertoire chez les patients protégés sont distincts de ceux chez les patients non-protégés. Ces clonotypes chez les patients protégés ont montré de plus grandes avidité et polyfonctionnalité que leurs homologues chez les patients non-protégés. En conclusion, nos résultats suggèrent que la protection contre le développement d’une infection chronique pendant l’épisode de réinfection par le VHC est associée à une augmentation de la magnitude, du spectre et de la fonctionnalité des réponses des cellules T spécifiques, ainsi qu’à un répertoire des TCRs plus focalisé composé des clonotypes distincts qui possèdent de plus grandes avidité et polyfonctionnalité que chez les patients non-protégés. L’homologie des séquences des souches virales entre les différents épisodes de l’infection est un déterminant majeur de l’établissement d’une protection efficace. Ces résultats ont donc des implications très importantes pour le développement d’un vaccin prophylactique contre le VHC et d’autres virus à infection chronique.

Inmunoterapia en pacientes con cáncer de pulmón de células no pequeñas versus terapia convencional. Revisión sistemática

RESUMEN Antecedentes y Justificación: El cáncer de pulmón es la principal causa de muerte relacionada con Cáncer en el mundo. El cáncer pulmonar de células no pequeñas (Non-Small-cell lung cancer NSCLC) representa el 85% de todos los cánceres de pulmón y en un 40% es diagnosticado tardíamente y con los tratamientos disponibles actualmente (cirugía, radioterapia y quimioterapia) presenta una supervivencia a 5 años entre el 10 y el 15%. En los últimos años han surgido nuevos tratamientos basados en la inmunoterapia que prometen mejorar la supervivencia de estos pacientes. Objetivo: Determinar la eficacia de la inmunoterapia en el tratamiento del cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC) con el fin de integrar la información disponible para su posterior uso en la clínica. Metodología: Se realizó búsqueda exhaustiva de la literatura disponible del 1 de Enero de 2003 al 31 de Diciembre de 2013. Se examinaron las siguientes bases de datos: Pubmed, Scielo, Medline, Lilacs, EMBASE, Bandolier, peDRO y Cochrane. Se utilizaron los términos MeSH de búsqueda: immunotherapy, NSCLC, clinical trials. Resultados: de 163 referencias identificadas en las bases de datos, 12 fueron seleccionadas para la revisión. Se identificaron 11 estrategias inmunoterapéuticas que fueron complementarias al uso de quimioterapia, radioterapia o ambas. No se encontró diferencia significativa entre la supervivencia global de los grupos de intervención y controles con excepción de 1 artículo. La mayoría de efectos secundarios fueron de leves a moderados y no hubo diferencias significativas entre los grupos. Discusión: no se evidenció un aumento significativo de la supervivencia global con la utilización de inmunoterapias, a excepción de la que emplea células asesinas inducidas por citocinas junto a células dendríticas. Sin embargo es necesario esperar resultados de estudios fase III en curso.

From cowpost to antibiotics : discovering vaccines and medicines.

Para que los estudiantes desarrollen habilidades en la lectura de textos de no ficción. En esta colección se exponen los avances, inventos y descubrimientos de la ciencia , y cómo un descubrimiento o la invención de una persona puede dar lugar a una serie de descubrimientos hechos por los demás, e incluso una cadena de descubrimientos científicos. En este título se relata la historia de la medicina desde los antiguos remedios herbales hasta las vacunas contra la gripe moderna. Tiene relación cronológica de descubrimientos, unas breves biografías de los científicos clave en sus respectivos campos, glosario y bibliografía.

Adjuvant-free immunization with hemagglutinin-Fc fusion proteins as an approach to influenza vaccines

The hemagglutinins (HAs) of human H1 and H3 influenza viruses and avian H5 influenza virus were produced as recombinant fusion proteins with the human immunoglobulin Fc domain. Recombinant HA-human immunoglobulin Fc domain (HA-HuFc) proteins were secreted from baculovirus-infected insect cells as glycosylated oligomer HAs of the anticipated molecular mass, agglutinated red blood cells, were purified on protein A, and were used to immunize mice in the absence of adjuvant. Immunogenicity was demonstrated for all subtypes, with the serum samples demonstrating subtype-specific hemagglutination inhibition, epitope specificity similar to that seen with virus infection, and neutralization. HuFc-tagged HAs are potential candidates for gene-to-vaccine approaches to influenza vaccination.

What have dendritic cells ever done for adjuvant design? Cellular and molecular methods for the rational development of vaccine adjuvants

Our new molecular understanding of immune priming states that dendritic cell activation is absolutely pivotal for expansion and differentiation of naïve T lymphocytes, and it follows that understanding DC activation is essential to understand and design vaccine adjuvants. This chapter describes how dendritic cells can be used as a core tool to provide detailed quantitative and predictive immunomics information about how adjuvants function. The role of distinct antigen, costimulation, and differentiation signals from activated DC in priming is explained. Four categories of input signals which control DC activation – direct pathogen detection, sensing of injury or cell death, indirect activation via endogenous proinflammatory mediators, and feedback from activated T cells – are compared and contrasted. Practical methods for studying adjuvants using DC are summarised and the importance of DC subset choice, simulating T cell feedback, and use of knockout cells is highlighted. Finally, five case studies are examined that illustrate the benefit of DC activation analysis for understanding vaccine adjuvant function.

Prostate cancer: important steps and considerations in the design of therapeutic vaccines

Vaccine-based immunotherapy can increase the overall survival of patients with advanced prostate cancer. However, the efficacy of vaccine-elicited anticancer immune responses is heavily influenced by the physical, nutritional, and psychological status of the patient. Given their importance, these parameters should be carefully considered for the design of future clinical trials testing this immunotherapeutic paradigm in prostate cancer patients.

Evaluating and optimizing oral formulations of live bacterial vaccines using a gastro-small intestine model

Gastrointestinal (GI) models that mimic physiological conditions in vitro are important tools for developing and optimizing biopharmaceutical formulations. Oral administration of live attenuated bacterial vaccines (LBV) can safely and effectively promote mucosal immunity but new formulations are required that provide controlled release of optimal numbers of viable bacterial cells, which must survive gastrointestinal transit overcoming various antimicrobial barriers. Here, we use a gastro-small intestine gut model of human GI conditions to study the survival and release kinetics of two oral LBV formulations: the licensed typhoid fever vaccine Vivotif comprising enteric coated capsules; and an experimental formulation of the model vaccine Salmonella Typhimurium SL3261 dried directly onto cast enteric polymer films and laminated to form a polymer film laminate (PFL). Neither formulation released significant numbers of viable cells when tested in the complete gastro-small intestine model. The poor performance in delivering viable cells could be attributed to a combination of acid and bile toxicity plus incomplete release of cells for Vivotif capsules, and to bile toxicity alone for PFL. To achieve effective protection from intestinal bile in addition to effective acid resistance, bile adsorbent resins were incorporated into the PFL to produce a new formulation, termed BR-PFL. Efficient and complete release of 4.4x107 live cells per dose was achieved from BR-PFL at distal intestinal pH, with release kinetics controlled by the composition of the enteric polymer film, and no loss in viability observed in any stage of the GI model. Use of this in vitro GI model thereby allowed rational design of an oral LBV formulation to maximize viable cell release.