三种瘤细胞对重离子和γ射线的辐射敏感性

目的　比较体外培养的瘤细胞对重离子和γ射线的辐射敏感性。方法　以人肝癌SMMC 772 1、宫颈癌HeLa和小鼠黑色素瘤B16细胞为材料 ,用集落形成法研究了细胞经γ射线和重离子处理后的存活情况。结果　细胞经γ射线处理后均表现为有肩区的存活曲线 ,属多靶击中模型。细胞经重离子处理后表现为无肩区的存活曲线 ,属单靶击中模型 ,在细胞存活分数为 5 0 %和 10 %时得到SMMC 772 1、HeLa、B16细胞的RBE值分别为 3 40、2 76、4 6 7和 1 88、1 5 3、2 2 2。结论　在相同剂量下 ,重离子能更有效地杀灭瘤细胞

重离子与X射线沿水介质入射深度诱导癌细胞失活的比较

采用Hela、B16两种细胞分别研究了X射线和重离子在水介质中入射的深度与相应细胞的存活率 (1-失活率 )。结果表明 :X射线与重离子在入射深度与细胞存活关系上有明显不同的变化规律。X射线的入射深度与其细胞存活率呈高度正相关性 ,r =0 .92 ;而重离子通过路径的细胞损伤率较小、且有一个细胞存活较高的坪区 (86 %— 92 % ) ,到射程末端细胞损伤率剧增 ,出现倒Bragg峰。提示 :重离子在深层肿瘤治疗上具有比X射线好的深度治疗分布

p53基因转导联合重离子辐射引起小鼠黑色素瘤细胞生长抑制及其机制的探讨

为了将放射治疗与基因治疗有机结合起来以寻求有效治疗恶性黑色素瘤的方法，采用了AdCMV-p53（AdCMV-GFP）转染B16细胞联合重离子（或X－射线）辐照的方法，观察辐射对基因转移效率的影响、外源性P53蛋白对重离子辐照诱导肿瘤细胞生长抑制和辐射增敏作用，以及外源性P53蛋白对重离子辐照诱导肿瘤细胞内蛋白表达的变化，现将本工作结果总结如下： 1.重离子照射可增加腺病毒载体介导p53基因转导效率，而且先转染后辐照法比先辐照后转染法能更显著的地增加基因转导效率。这样在最大限度提高基因转导效率的基础之上，同时又可以减少病毒使用量及辐照剂量。 2.p53基因转导联合重离子辐照能明显抑制细胞生长，诱导细胞凋亡，促进G0/G1期细胞阻滞。说明外源性野生型p53基因导入联合辐照可增加黑色素瘤细胞系B16的辐射敏感性。 3.重离子照射比X-射线照射能更明显增加腺病毒载体介导p53基因转导效率和G0/G1期细胞所占比例，可能是由于两种射线能量沉积的方式不同造成的。 4.重离子辐照联合p53基因转导诱导B16细胞中细胞信号通路发生变化，使得P53和P21表达明显增多，同时MDM2表达随时间而减少。推测导入的p53基因联合重离子辐照改变细胞内信号通路，从而诱导细胞凋亡和细胞周期阻滞

低剂量重离子辐射诱导小鼠的适应性反应和褪黑素的辐射保护作用研究

研究目的： 1.研究碳离子辐射对小鼠不同组织抗氧化酶活性及细胞周期进程的影响。 2.研究低剂量碳离子预辐射对离体培养的黑色素瘤B16细胞及正常小鼠诱导的适应性反应。 3. 研究褪黑素（MLT）对碳离子的辐射损伤防护效应。 4. 研究碳离子层叠法辐照对H22荷瘤小鼠的治疗效果。研究方法： 1.采用不同剂量的碳离子辐照小鼠，用黄嘌呤氧化酶法检测外周血、肝脏及脑组织中抗氧化酶活性变化，流式细胞仪检测细胞周期阻滞情况。 2.采用低剂量碳离子预辐射离体培养的黑色素瘤B16细胞及正常小鼠，间隔4h后再以攻击剂量辐照，常规组织切片染色观察各组织器官病理变化，流式细胞仪检测细胞周期阻滞情况，黄嘌呤氧化酶法检测小鼠胸腺、脾脏及B16细胞中抗氧化酶活性，Western-blot法检测胸腺细胞及B16细胞中P53及P21蛋白表达情况，RT-PCR法检测CHK2及CDC25mRNA的表达水平。 3.在碳离子辐照小鼠1h前腹腔注射褪黑素，单细胞电泳方法检测胸腺、脾脏细胞的DNA损伤情况，微核法表征外周血的染色体损伤，黄嘌呤氧化酶法测定胸腺、脾脏细胞的抗氧化酶活性。 4.以碳离子层叠法辐照H22荷瘤小鼠，统计不同剂量照射后的肿瘤体积变化、肿瘤抑制率、肿瘤生长延迟天数及治愈率。结果： 1、小鼠血清和肝脏组织在辐射剂量较低（≤0.75Gy）时SOD活性高于对照组，随着辐射剂量的增高，SOD活性趋于降低；MDA含量在辐射剂量较低（≤0.3Gy）时低于对照，随着辐射剂量的增高其含量趋于升高；脑组织GSH浓度在照射剂量较低（≤0.5Gy）时大于对照组，随着照射剂量的升高其浓度趋于降低；低剂量辐射小鼠引起胸腺G2期细胞比例增加，脾脏G1期细胞比例增加。 2、小鼠肝脏、脾脏、肺脏及脑组织在攻击剂量辐射后，出现明显的病理变化，低剂量预辐射处理后病理变化减轻；低剂量预辐射增加胸腺G2期细胞及脾脏G1期细胞比例；相对于单纯攻击剂量辐射组，低剂量预辐射组胸腺组织P53及P21蛋白表达升高；CHK2 mRNA水平升高，CDC25 mRNA水平降低；脾脏及胸腺组织中SOD活性降低程度减弱，MDA含量升高趋势减弱。B16细胞经低剂量预辐射处理后上述指标均未发生明显变化。 3、与辐照处理组相比，褪黑素处理后小鼠的脾脏胸腺细胞DNA损伤拖尾率及彗尾长度明显降低；SOD活性升高，MDA含量降低，外周血微核率降低。 4、在不同剂量的碳离子辐照处理后观察的12天内，各组肿瘤生长速度减慢，生长延迟，肿瘤抑制率随时间而增加。15Gy照射组肿瘤生长速度最慢，肿瘤抑制率最大，肿瘤生长延迟最为明显，而且肿瘤治愈率达到30%。结论： 1． 低剂量12C6+离子全身辐照小鼠应激激活机体抗氧化系统，随辐射剂量的增加，机体抗氧化能力明显降低，导致脂质过氧化发生；低剂量的碳离子辐射导致小鼠胸腺细胞G2期阻滞，脾脏细胞发生G1期阻滞。 2． 低剂量12C6+离子预辐射引发小鼠正常机体产生适应性反应，减轻随后的大剂量辐射造成的损伤；低剂量12C6+离子预辐射对小鼠黑色素瘤B16细胞未引发适应性反应。 3． 15mg/kg的MLT可以对小鼠的重离子辐射损伤产生明显的防护效果。 4． 12C6+离子适形治疗小鼠移植性肿瘤H22，荷瘤鼠的存活时间、肿瘤体积变化、肿瘤的控制率、治愈率等结果显示，15Gy为最佳治疗剂量

重离子束治癌相关生物学效应及机理研究

重离子束治癌是当今放射治疗中最科学、最先进、最有效的方法，是有代表性的高技术。目前仅有美、日、德实现了该技术，并已取得常规疗法难以实现的疗效。我国近年来开展了“重离子束治癌技术的基础研究”，其中，放射生物学及机理研究是重要内容。本论文从细胞、DNA分子、以及动物个体的三个不同层次上分别研究了重离子束治癌相关的生物学问题。在细胞研究方面。采用HeLa、B 16两种细胞分别研究了X一射线和重离子在水介质中入射的深度与相应细胞的存活率(1一失活率)，结果表明：X一射线对细胞的损伤随深度而逐渐衰减(或细胞存活随深度逐渐增加)，而重离子对细胞的损伤则为Bragg曲线(或细胞存活为倒Bragg曲线)。研究了25MeV／u ~(40)Ar~(14+)辐照人肝癌细胞SMMC一7721的微核及存活的动态变化，结果表明： 单次照射与分次照射的微核率随时间的变化规律在96h内没有明显区别，受照(单次、分次) 肝癌细胞的存活数随时间表现出衰减趋势，微核率与细胞存活数关系的动态变化为负相关性。研究了6MV X-射线和125．5keV／μm的重离子辐照B 1 6、V79细胞的2Gy存活率(SF2)，结果表明：B16和V79细胞的存活率(P<0．01)依赖于不同的辐射性质(X-射线、~(12)C离子)，其X-射线与~(12)C离子辐射这两种细胞的存活率之比分别为5．4和1．43，即~(12)C离子辐射增强了X-射线抗性细胞系的敏感性，从而显示了重离子治疗癌症的优势。研究了125．5keV／um的碳离子辐照小鼠黑色素瘤B16、人的宫颈癌HeLa、中国仓鼠肺V79、人的肝癌SMMC-7721四种细胞的相对生物学效率(RBE)，得．到了RBE依赖于细胞种类的关系、RBE随细胞存活水平的升高而增加的关系、以及当LET≥125．5keV／μm时，RBE随着LET的增大而变小的关系。在DNA分子研究方面。研究了125．5keV／μm~(12)C~(6+)辐照小鼠黑色素瘤B 16、中国仓鼠肺V79、人的宫颈癌HeLa、人的肝癌SMMC一7721细胞的灵敏度(由D50表示)、DNA双链断裂(DSB)和DNA双链断裂片段分布，结果表明：细胞敏感性与DNA双链断裂之间没有一致的关系，提出了细胞辐射敏感性的一种可能的分子机理，即DNA序列敏感性位点协同DNA双链断裂互补性机理。由此解释了四种细胞系的不同敏感性问题。在动物个体研究方面。研究了57．28MeV／u氧离子50Gy一次性局部照射对B16黑色素瘤小鼠肿瘤生长的抑制作用，并观测了受照小鼠的死亡情况，结果表明：照射B16黑色素瘤后第10天观察，肿瘤生长延迟为6天、肿瘤抑制率为66％，耐受剂量小于50Gy。研究了50MeV／u ~(12)C~(6+)离子辐照对小鼠移植性肿瘤S180的抑制作用、控制率、治愈率和病理组织学变化，结果表明：各剂量组对S180肉瘤的抑制作用均大于90％，高剂量组抑瘤作用明显强于低、中剂量组(P

碳离子辐照后细胞的适应性反应及单一时相细胞的相对生物学效应

目的：探讨低剂量碳离子辐照细胞引起的适应性反应,将低剂量效应的研究范围拓宽至高LET电离辐射领域;研究单一时相细胞经低能碳离子辐照后,存活曲线、失活截面和相对生物学效应与细胞周期各时期的关系.材料与方法：采有中国仓鼠肺V79细胞和小鼠黑色素瘤B16细胞,利用兰州近代物理研究所重离子研究装置（HIRFL）产生的碳离子,主要以细胞存活分数和细胞微核率为生物终点,探讨高LET的碳离子对V79细胞和B16细胞的低剂量效应.采用中国仓鼠卵巢细胞CHO-K和细胞同步化方法,利用德国GSI的直线加速器（Unilac）终端产生的低能碳离子,以细胞存活分数为生物终点,研究单一时相细胞经低能碳离子辐照后,存活曲线、失活截面与细胞周期各时期的关系,并与X射线的结果作了比较,得出了各时期细胞的相对生物学效应.结果：低剂量碳离子辐照细胞引起的生物学效应：1.和γ射线一样,低剂量重离子,如0.02Gy的碳离子辐照也能提高细胞的克隆形成率.这种集落形成能力的提高可能与低剂量辐照使细胞对受损DNA的修复能力增强有关.2.从细胞存活分类来看,0.02Gy预处理能使V79和B16两种细胞产生较明显的适应性反应;0.05Gy预处理引起V79细胞的适应性反应不明显,未能引起B16细胞的适应性反应.3.从细胞微核率来看,0.02Gy预处理能引起两种细胞的适应性反应;0.05Gy预处理未能引起两种细胞的适应性反应,并且已表现出协同损伤的趋势.4.高LET的碳离子和低LET射线一样,可以诱导细胞的兴奋效应或适应性反应.但诱导剂量D1不宜过高.

LiF-KCl熔盐溶液的径向分布函数

本文利用X射线散射技术测定和Monte Carlo计算机模拟计算,获得了LiF-KCl熔体的径向分布函数。实验发现,在互易系LiF-KCl熔体中,小离子Li~+与F~-更易形成结合较为紧密的集团,而大离子K~+与Cl~-的结合相对较为松地,即出现“大大小小”效应。

The antitumor effect of bromophenol derivatives in vitro and Leathesia nana extract in vivo

To investigate the antitumor effect of bromophenol derivatives in vitro and Leathesia nana extract in vivo, six bromophenol derivatives 6-(2,3-dibromo-4,5-dihydroxybenzyl)-2,3-dibromo-4,5-dihydroxy benzyl methyl ether (1), (+)-3-(2,3-dibromo-4,5-dihydroxyphenyl)-4-bromo-5,6-dihydroxy-1,3-dihydroisobenzofuran (2), 3-bromo-4-(2,3-dibromo-4,5-dihydroxybenzyl)-5-methoxymethyl-pyrocatechol (3), 2,2',3,3'-tetrabromo-4,4',5,5'-tetrahydroxy-diphenylmethane (4), bis(2,3-dibromo-4,5-dihydroxybenzyl) ether (5), 2,2',3-tribromo-3',4,4',5-tetrahydroxy-6'-ethyloxymethyldiphenylmethane (6) were isolated from brown alga Leathesia nana, and their cytotoxicity were tested by MTT assays in human cancer cell lines A549, BGC-823, MCF-7, B16-BL6, HT-1080, A2780, Bel7402 and HCT-8. Their inhibitory activity against protein tyrosine kinase (PTK) with over-expression of c-kit was analyzed also by ELISA. The antitumor activity of ethanolic extraction of Leathesia nana (EELN) was evaluated on S-180-bearing mice. All compounds showed very potent cytotoxicity against all of the eight cancer cell lines with IC50 below 10 mu g/mL. In PTK inhibition study, all bromophenol derivatives showed moderate inhibitory activity and compounds 2, 5 and 6 showed significant bioactivity with the inhibition ratio of 77.5%, 80.1% and 71.4%, respectively. Pharmacological studies reveal that EELN could inhibit the growth of Sarcoma 180 tumor and increase the indices of thymus and spleen to improve the immune system remarkably in vivo. Results indicated that the bromophenol derivatives and EELN can be used as potent antitumor agents for PTK over-expression of c-kit and considered in a new therapeutic strategy for treatment of cancer.

Boosting high-intensity focused ultrasound-induced anti-tumor immunity using a sparse-scan strategy that can more effectively promote dendritic cell maturation.

BACKGROUND: The conventional treatment protocol in high-intensity focused ultrasound (HIFU) therapy utilizes a dense-scan strategy to produce closely packed thermal lesions aiming at eradicating as much tumor mass as possible. However, this strategy is not most effective in terms of inducing a systemic anti-tumor immunity so that it cannot provide efficient micro-metastatic control and long-term tumor resistance. We have previously provided evidence that HIFU may enhance systemic anti-tumor immunity by in situ activation of dendritic cells (DCs) inside HIFU-treated tumor tissue. The present study was conducted to test the feasibility of a sparse-scan strategy to boost HIFU-induced anti-tumor immune response by more effectively promoting DC maturation. METHODS: An experimental HIFU system was set up to perform tumor ablation experiments in subcutaneous implanted MC-38 and B16 tumor with dense- or sparse-scan strategy to produce closely-packed or separated thermal lesions. DCs infiltration into HIFU-treated tumor tissues was detected by immunohistochemistry and flow cytometry. DCs maturation was evaluated by IL-12/IL-10 production and CD80/CD86 expression after co-culture with tumor cells treated with different HIFU. HIFU-induced anti-tumor immune response was evaluated by detecting growth-retarding effects on distant re-challenged tumor and tumor-specific IFN-gamma-secreting cells in HIFU-treated mice. RESULTS: HIFU exposure raised temperature up to 80 degrees centigrade at beam focus within 4 s in experimental tumors and led to formation of a well-defined thermal lesion. The infiltrated DCs were recruited to the periphery of lesion, where the peak temperature was only 55 degrees centigrade during HIFU exposure. Tumor cells heated to 55 degrees centigrade in 4-s HIFU exposure were more effective to stimulate co-cultured DCs to mature. Sparse-scan HIFU, which can reserve 55 degrees-heated tumor cells surrounding the separated lesions, elicited an enhanced anti-tumor immune response than dense-scan HIFU, while their suppressive effects on the treated primary tumor were maintained at the same level. Flow cytometry analysis showed that sparse-scan HIFU was more effective than dense-scan HIFU in enhancing DC infiltration into tumor tissues and promoting their maturation in situ. CONCLUSION: Optimizing scan strategy is a feasible way to boost HIFU-induced anti-tumor immunity by more effectively promoting DC maturation.

Structural and biological investigation of ferrocene-substituted 3-methylidene-1,3-dihydro-2H-indol-2-ones

The Knoevenagel condensation of 1,3-dihydro-2H-indol-2-one with ferrocene carboxaldehyde afforded an approximate 2:1 mixture of the geometrical isomers (E)- and (Z)-3-ferrocenylmethylidene-1,3-dihydro-2H-indol-2-one respectively in an overall 67% yield; the air and solution-stable isomers were readily separated by preparative thin layer chromatography and their structures were unequivocally elucidated in solution, by (1)H NMR spectroscopy, and in the solid phase, by X-ray crystallography; both isomers of displayed in vitro toxicity against B16 melanoma and Vero cell lines in the micromolar range and inhibited the kinase VEGFR-2 with IC(50) values of ca. 200 nM.

Is childhood type 1 diabetes a wealth-related disease? An ecological analysis of European incidence rates

Aims/Hypothesis: To describe the epidemiology of childhood-onset Type 1 (insulin-dependent) diabetes in Europe, the EURODIAB collaborative group has established prospective, geographically-defined registers of children diagnosed under 15 years. A total of 16,362 cases were registered by 44 centres during the period 1989-1994. The registers cover a population of approximately 28 million children with most European countries represented. Methods In most centres a primary and a secondary source of ascertainment were used so that the completeness of registration could be assessed by the capture-recapture method. Ecological correlation and regression analyses were used to study the relationship between incidence and various environmental, health and economic indicators. Findings: The standardised average annual incidence rate during the period 1989-94 ranged from 3.2 cases per 100,000 per annum in the Former Yugoslavian Republic of Macedonia to 40.2 cases per 100,000 per annum in Finland. Indicators of national prosperity such as infant mortality (r= -0.64) and gross domestic product (r= 0.58) were most strongly and significantly correlated with incidence rate, and previously-reported associations with coffee consumption (r= 0.51), milk consumption (r= 0.58) and latitude (r= 0.40) were also observed. Conclusion/Interpretation: The wide variation in childhood type 1 diabetes incidence rates within Europe could be partially explained by indicators of national prosperity. These indicators could reflect differences in environmental risk factors such as nutrition or lifestyle that are important in determining a country's incidence rate.

Tumor immunotherapy by epicutaneous immunization requires langerhans cells.

A role for Langerhans cells (LC) in the induction of immune responses in the skin has yet to be conclusively demonstrated. We used skin immunization with OVA protein to induce immune responses against OVA-expressing melanoma cells. Mice injected with OVA-specific CD8(+) T cells and immunized with OVA onto barrier-disrupted skin had increased numbers of CD8(+) T cells in the blood that produced IFN-gamma and killed target cells. These mice generated accelerated cytotoxic responses after secondary immunization with OVA. Prophylactic or therapeutic immunization with OVA onto barrier-disrupted skin inhibited the growth of B16.OVA tumors. LC played a critical role in the immunization process because depletion of LC at the time of skin immunization dramatically reduced the tumor-protective effect. The topically applied Ag was presented by skin-derived LC in draining lymph nodes to CD8(+) T cells. Thus, targeting of tumor Ags to LC in vivo is an effective strategy for tumor immunotherapy.

Skin Dendritic Cell Targeting via Microneedle Arrays Laden with Antigen-Encapsulated Poly-D, L-lactide-co-Glycolide Nanoparticles Induces Efficient Antitumor and Antiviral Immune Responses

The efficacious delivery of antigens to antigen-presenting cells (APCs), in particular, to dendritic cells (DCs), and their subsequent activation remains a significant challenge in the development of effective vaccines. This study highlights the potential of dissolving microneedle (MN) arrays laden with nanoencapsulated antigen to increase vaccine immunogenicity by targeting antigen specifically to contiguous DC networks within the skin. Following in situ uptake, skin-resident DCs were able to deliver antigen-encapsulated poly-d,l-lactide-co-glycolide (PGLA) nanoparticles to cutaneous draining lymph nodes where they subsequently induced significant expansion of antigen-specific T cells. Moreover, we show that antigen-encapsulated nanoparticle vaccination via microneedles generated robust antigen-specific cellular immune responses in mice. This approach provided complete protection in vivo against both the development of antigen-expressing B16 melanoma tumors and a murine model of para-influenza, through the activation of antigen-specific cytotoxic CD8(+) T cells that resulted in efficient clearance of tumors and virus, respectively. In addition, we show promising findings that nanoencapsulation facilitates antigen retention into skin layers and provides antigen stability in microneedles. Therefore, the use of biodegradable polymeric nanoparticles for selective targeting of antigen to skin DC subsets through dissolvable MNs provides a promising technology for improved vaccination efficacy, compliance, and coverage.

Development of a bifunctional CD1d-anti-HER2 scFv fusion molecule to redirect the iNKT cell-mediated immune response to the tumor site

Abstract : Invariant natural killer T lymphocytes (iNKT) are a unique subpopulation of T lymphocytes recognizing glycolipid antigens in the context of the MHC class I-like molecule CD1d. Upon activation with the high affinity ligand α-galactosylceramide (αGalCer), iNKT cells rapidly produce large amounts of the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFN-γ) and potently activate cells of the innate and adaptive immune response, such as dendritic cells (DCs), NK and T cells. In this context, iNKT cells have been shown to efficiently mediate antitumor activity, and recent research has focused on the manipulation of these cells for antitumor therapies. However, a major drawback of αGalCer as a free drug is that a single injection of this ligand leads to a short-lived iNKT cell activation followed by a long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrate here that when αGalCer is loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (αGalCer/sCD1d), repeated injections lead to a sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-γ secretion as well as with DC maturation. Most importantly, when the αGalCer/sCD1d is fused to an anti-HER2 scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established subcutaneous tumors is obtained when systemic treatment is started two to seven days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells, whereas at this time free αGalCer has no effect. The antitumor activity of the sCD1d-anti-HER2 fusion protein is associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK and T cells at the tumor site. Importantly, active T cell immunization combined with the sCD1d-anti-HER2 treatment leads to the accumulation of antigen-specific CD8 T cells exclusively in HER2-expressing tumors, resulting in potent tumor inhibition. In conclusion, sustained activation and tumor targeting of iNKT cells by recombinant αGalCer/sCD1d molecules thus may promote a combined innate and adaptive immune response at the tumor site that may prove to be effective in cancer immunotherapy. RESUME : Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. En revanche, l'étude présentée ici démontre que, si l'αGalCer est chargé sur des molécules récombinantes soluble CD1d (αGalCer/sCDld), des injections répétées aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si on fusionne la molécule αGalCer/sCD1d avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. De plus, une immunisation active combinée avec le traitement sCD1d-anti-HER2 aboutit à une accumulation des lymphocytes T CD8 spécifiques de l'antigène d'immunisation, ceci exclusivement dans des tumeurs qui expriment l'antigène HER2. Cette combinaison résulte dans une activité anti-tumeur accrue. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules recombinantes αGalCer/sCDld conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC : Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Sur un total de 58 millions de décès enregistrés au niveau mondial en 2005, 7,6 millions (soit 13%) étaient dus au cancer. Les principaux traitements de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. Néanmoins, ces traitements nuisent aussi aux cellules normales de notre corps et parfois, ils ne suffisent pas pour éliminer définitivement une tumeur. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches pour la lutte contre le cancer et elle vise à exploiter la spécificité du système immunitaire qui peut distinguer des cellules normales et tumorales. Une cellule exprimant un marqueur tumoral (antigène) peut être reconnue par le système immunitaire humoral (anticorps) et/ou cellulaire, induisant une réponse spécifique contre la tumeur. L'immunothérapie peut s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la prolifération des cellules tumorales exprimant l'antigène. Aujourd'hui, six anticorps monoclonaux non-conjugés sont approuvés en clinique. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements sont souvent combinés avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et exploiter par immunisation active le développement de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. De telles «vaccinations »sont actuellement testées en clinique, mais jusqu'à présent elles n'ont pas abouti aux résultats satisfaisants. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CHM I). Cependant les cellules tumorales sont peu efficace dans la présentation d'antigène, car souvent elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des molécules d'histocompatibilité de classe I, et expriment peu ou pas de molécules d'adhésion et de cytokines costimulatrices. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL spécifiquement dirigés contre des antigènes tumoraux, les régressions tumorales obtenus grâce à ces vaccinations sont relativement rares. Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines CMH I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. Notre groupe de recherche a donc eu l'idée de développer une nouvelle approche thérapeutique où la réponse immunitaire des cellules iNKT serait prolongée et redirigée vers la tumeur par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons produit des molécules récombinantes soluble CD1d (sCD1d) qui, si elles sont chargés avec l'αGalCer (αGalCer/sCDld), aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si la molécule αGalCer/sCD1d est fusionnée avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, la réponse immunitaire est redirigée à la tumeur pour autant que les cellules cancéreuses expriment l'antigène HER2. Les molécules αGalCer/sCDld ainsi présentées activent les lymphocytes iNKT. Avec cette stratégie, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées, même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules récombinantes αGalCer/sCD1d conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer.

HARNESSING iNKT CELLS WITH RECOMBINANT CD1d FUSION PROTEINS TO REDIRECT INNATE AND ADAPTIVE IMMUNITY TO THE TUMOR

Les thérapies du cancer, comme la radiothérapie et la chimiothérapie, sont couramment utilisées mais ont de nombreux effets secondaires. Ces thérapies invasives pour le patient nécessitent d'être améliorées et de nombreuses avancées ont été faites afin d'adapter et de personnaliser le traitement du cancer. L'immunothérapie a pour but de renforcer le système immunitaire du patient et de le rediriger de manière spécifique contre la tumeur. Dans notre projet, nous activons les lymphocytes Invariant Natural Killer T (iNKT) afin de mettre en place une immunothérapie innovatrice contre le cancer. Les cellules iNKT sont une unique sous-population de lymphocytes T qui ont la particularité de réunir les propriétés de l'immunité innée ainsi qu'adaptative. En effet, les cellules iNKT expriment à leur surface des molécules présentes aussi sur les cellules tueuses NK, caractéristique de l'immunité innée, ainsi qu'un récepteur de cellules T (TCR) qui représente l'immunité adaptative. Les cellules iNKT reconnaissent avec leur TCR des antigènes présentés par la molécule CD1d. Les antigènes sont des protéines, des polysaccharides ou des lipides reconnus par les cellules du système immunitaire ou les anticorps pour engendrer une réponse immunitaire. Dans le cas des cellules iNKT, l'alpha-galactosylceramide (αGC) est un antigène lipidique fréquemment utilisé dans les études cliniques comme puissant activateur. Après l'activation des cellules iNKT avec l'αGC, celles-ci produisent abondamment et rapidement des cytokines. Ces cytokines sont des molécules agissant comme des signaux activateurs d'autres cellules du système immunitaire telles que les cellules NK et les lymphocytes T. Cependant, les cellules iNKT deviennent anergiques après un seul traitement avec l'αGC c'est à dire qu'elles ne peuvent plus être réactivées, ce qui limite leur utilisation dans l'immunothérapie du cancer. Dans notre groupe, Stirnemann et al ont publié une molécule recombinante innovante, composée de la molécule CD1d soluble et chargée avec le ligand αGC (αGC/sCD1d). Cette protéine est capable d'activer les cellules iNKT tout en évitant l'anergie. Dans le système immunitaire, les anticorps sont indispensables pour combattre une infection bactérienne ou virale. En effet, les anticorps ont la capacité de reconnaître et lier spécifiquement un antigène et permettent l'élimination de la cellule qui exprime cet antigène. Dans le domaine de l'immunothérapie, les anticorps sont utilisés afin de cibler des antigènes présentés seulement par la tumeur. Ce procédé permet de réduire efficacement les effets secondaires lors du traitement du cancer. Nous avons donc fusionné la protéine recombinante αGC/CD1d à un fragment d'anticorps qui reconnaît un antigène spécifique des cellules tumorales. Dans une étude préclinique, nous avons démontré que la protéine αGC/sCD1d avec un fragment d'anticorps dirigé contre la tumeur engendre une meilleure activation des cellules iNKT et entraîne un effet anti-tumeur prolongé. Cet effet anti-tumeur est augmenté comparé à une protéine αGC/CD1d qui ne cible pas la tumeur. Nous avons aussi montré que l'activation des cellules iNKT avec la protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur améliore l'effet anti- tumoral d'un vaccin pour le cancer. Lors d'expériences in vitro, la protéine αGC/sCD1d-anti- tumeur permet aussi d'activer les cellules humaines iNKT et ainsi tuer spécifiquement les cellules tumorales humaines. La protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur représente une alternative thérapeutique prometteuse dans l'immunothérapie du cancer. - Les cellules Invariant Natural Killer T (iNKT), dont les effets anti-tumoraux ont été démontrés, sont de puissants activateurs des cellules Natural Killer (NK), des cellules dendritiques (DC) et des lymphocytes T. Cependant, une seule injection du ligand de haute affinité alpha-galactosylceramide (αGC) n'induit une forte activation des cellules iNKT que durant une courte période. Celle-ci est alors suivie d'une longue phase d'anergie, limitant ainsi leur utilisation pour la thérapie. Comme alternative prometteuse, nous avons montré que des injections répétées d'αGC chargé sur une protéine recombinante de CD1d soluble (αGC/sCD1d) chez la souris entraînent une activation prolongée des cellules iNKT, associée à une production continue de cytokine. De plus, le maintien de la réactivité des cellules iNKT permet de prolonger l'activité anti-tumorale lorsque la protéine αGC/sCD1d est fusionnée à un fragment d'anticorps (scFv) dirigé contre la tumeur. L'inhibition de la croissance tumorale n'est optimale que lorsque les souris sont traitées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv ciblant la tumeur, la protéine αGC/sCD1d-scFv non-appropriée étant moins efficace. Dans le système humain, les protéines recombinantes αGC/sCD1d-anti-HER2 et anti-CEA sont capables d'activer et de faire proliférer des cellules iNKT à partir de PBMCs issues de donneurs sains. De plus, la protéine αGC/sCD1d-scFv a la capacité d'activer directement des clones iNKT humains en l'absence de cellules présentatrices d'antigènes (CPA), contrairement au ligand αGC libre. Mais surtout, la lyse des cellules tumorales par les iNKT humaines n'est obtenue que lorsqu'elles sont incubées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv anti- tumeur. En outre, la redirection de la cytotoxicité des cellules iNKT vers la tumeur est supérieure à celle obtenue avec une stimulation par des CPA chargées avec l'αGC. Afin d'augmenter les effets anti-tumoraux, nous avons exploité la capacité des cellules iNKT à activer l'immunité adaptive. Pour ce faire, nous avons combiné l'immunothérapie NKT/CD1d avec un vaccin anti-tumoral composé d'un peptide OVA. Des effets synergiques ont été obtenus lorsque les traitements avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 étaient associés avec le CpG ODN comme adjuvant pour la vaccination avec le peptide OVA. Ces effets ont été observés à travers l'activation de nombreux lymphocytes T CD8+ spécifique de la tumeur, ainsi que par la forte expansion des cellules NK. Les réponses, innée et adaptive, élevées après le traitement avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 combinée au vaccin OVA/CpG ODN étaient associées à un fort ralentissement de la croissance des tumeurs B16- OVA-HER2. Cet effet anti-tumoral corrèle avec l'enrichissement des lymphocytes T CD8+ spécifiques observé à la tumeur. Afin d'étendre l'application des protéines αGC/sCD1d et d'améliorer leur efficacité, nous avons développé des fusions CD1d alternatives. Premièrement, une protéine αGC/sCD1d dimérique, qui permet d'augmenter l'avidité de la molécule CD1d pour les cellules iNKT. Dans un deuxième temps, nous avons fusionné la protéine αGC/sCD1d avec un scFv dirigé contre le récepteur 3 du facteur de croissance pour l'endothélium vasculaire (VEGFR-3), afin de cibler l'environnement de la tumeur. Dans l'ensemble, ces résultats démontrent que la thérapie médiée par la protéine recombinante αGC/sCD1d-scFv est une approche prometteuse pour rediriger l'immunité innée et adaptive vers le site tumoral. - Invariant Natural Killer T cells (iNKT) are potent activators of Natural Killer (NK), dendritic cells (DC) and T lymphocytes, and their anti-tumor activities have been well demonstrated. However, a single injection of the high affinity CD1d ligand alpha-galactosylceramide (αGC) leads to a strong but short-lived iNKT cell activation followed by a phase of long-term anergy, limiting the therapeutic use of this ligand. As a promising alternative, we have demonstrated that when αGC is loaded on recombinant soluble CD1d molecules (αGC/sCD1d), repeated injections in mice led to the sustained iNKT cell activation associated with continued cytokine secretion. Importantly, the retained reactivity of iNKT cell led to prolonged antitumor activity when the αGC/sCD1d was fused to an anti-tumor scFv fragments. Optimal inhibition of tumor growth was obtained only when mice were treated with the tumor-targeted αGC/CD1d-scFv fusion, whereas the irrelevant αGC/CD1d-scFv fusion was less efficient. When tested in a human system, the recombinant αGC/sCD1d-anti-HER2 and -anti-CEA fusion proteins were able to expand iNKT cells from PBMCs of healthy donors. Furthermore, the αGC/sCD1d-scFv fusion had the capacity to directly activate human iNKT cells clones without the presence of antigen-presenting cells (APCs), in contrast to the free αGC ligand. Most importantly, tumor cell killing by human iNKT cells was obtained only when co- incubated with the tumor targeted sCD1d-antitumor scFv, and their direct tumor cytotoxicity was superior to the bystander killing obtained with αGC-loaded APCs stimulation. To further enhance the anti-tumor effects, we exploited the ability of iNKT cells to transactivate the adaptive immunity, by combining the NKT/CD1d immunotherapy with a peptide cancer vaccine. Interestingly, synergistic effects were obtained when the αGC/sCD1d- anti-HER2 fusion treatment was combined with CpG ODN as adjuvant for the OVA peptide vaccine, as seen by higher numbers of activated antigen-specific CD8 T cells and NK cells, as compared to each regimen alone. The increased innate and adaptive immune responses upon combined tumor targeted sCD1d-scFv treatment and OVA/CpG vaccine were associated with a strong delay in B16-OVA-HER2 melanoma tumor growth, which correlated with an enrichment of antigen-specific CD8 cells at the tumor site. In order to extend the application of the CD1d fusion, we designed alternative CD1d fusion proteins. First, a dimeric αGC/sCD1d-Fc fusion, which permits to augment the avidity of the CD1d for iNKT cells and second, an αGC/sCD1d fused to an anti vascular endothelial growth factor receptor-3 (VEGFR-3) scFv, in order to target tumor stroma environment. Altogether, these results demonstrate that the iNKT-mediated immunotherapy via recombinant αGC/sCD1d-scFv fusion is a promising approach to redirect the innate and adaptive antitumor immune response to the tumor site.