A DONOR-DEPENDENT SUBSET OF CYTOKINE-INDUCED KILLER (CIK) CELLS EXPRESS CD16 AND CAN BE RETARGETED TO EXERT A POTENT ANTIBODY-DEPENDENT CELL-MEDIATED CYTOTOXICITY (ADCC)

Cancer adoptive cell therapy (ACT) relies on the infusion of immune cell populations mediating direct antitumor effects, such as cytotoxic CD8+ T lymphocytes (CTL), natural killer (NK) cells and Cytokine-Induced Killer (CIK) cells. In this study, we aimed at improving CIK cell potential for adoptive immunotherapy strategies. CIK cells are a heterogeneous population of ex vivo expanded lymphocytes, which share phenotypic and functional features with both NK and T cells. They exert a potent MHC-independent antitumor activity against both hematological and solid malignancies, but not normal tissues and hematopoietic precursors. Several clinical trials have demonstrated the feasibility and the therapeutic efficacy together with low toxicity of CIK cells infusion, supporting CIK cells as a very promising cell population for adoptive immunotherapy. In this work, CIK cells were obtained from PBMCs of healthy donors by the timed addition of IFN-γ, anti-CD3 antibody and IL-2. Analyzing their phenotype, we demonstrated for the first time a relevant expression of CD16 in a donor-dependent manner and, based on this observation, we proved the ability of CIK cells to kill tumors by an Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity (ADCC) mechanism. Indeed, the concurrent administration of clinically therapeutic mAbs, such as trastuzumab or cetuximab, led to a significant improvement of their antitumor activity in vitro against both ovarian and breast cancer cell lines. To formally prove that the CD16 receptor is functional and directly involved in the ADCC, an anti-CD16 blocking antibody was added to the assays. NK cell depletion from bulk cultures confirmed that the ADCC activity is accountable to the CIK CD16+ subpopulation. This novel function of CIK cells, never exploited before, was assessed for therapeutic efficacy in mouse models of human ovarian carcinoma xenografted in NOD/SCID common γ chain knockout (NSG) mice. Co-administration of CIK cells and mAbs significantly increased the survival of tumor-bearing mice, as compared to animals receiving CIK cells alone. CIK cell antitumor activity in vitro was also enhanced by the combination with bispecific antibodies and immunoligands, which are able to target both a tumor-associated antigen and activating receptors expressed by effector cells. Taken together, these data envisage new perspectives for adoptive immunotherapy where antigen-specific retargeting of T cells can be achieved by a combination therapy with clinical-grade monoclonal antibodies already widely used in cancer therapy, and CIK cell populations that are easily expandable in very large numbers, inexpensive, safe and do not require genetic manipulations. In conclusion, this new therapeutic strategy for the ACT treatment of different types of tumors could find wide implementation and application, and be expanded to the use of additional therapeutic antibodies.

La terapia cellulare adottiva (Adoptive Cell Therapy, ACT) si basa sulla somministrazione di popolazioni di cellule immunitarie in grado di mediare un effetto antitumorale in modo diretto, ad esempio linfociti T CD8+ citotossici (CTL), cellule natural killer (NK) e cellule killer indotte da citochine (Cytokine-Induced Killer cells, CIK). Lo scopo di questo lavoro è stato quello di incrementare il potenziale delle cellule CIK nelle strategie di immunoterapia adottiva. Le cellule CIK sono una popolazione eterogenea di linfociti espansi ex vivo che condividono caratteristiche fenotipiche e funzionali sia con le cellule NK sia con le cellule T. Queste cellule esercitano una potente citotossicità MHC-indipendente nei confronti di tumori sia ematologici sia solidi, ma non di tessuti normali e precursori ematopoietici. Diversi trial clinici hanno dimostrato l’attuabilità, l’efficacia terapeutica e la bassa tossicità delle infusioni di cellule CIK, supportandole come popolazione cellulare molto promettente per l’immunoterapia adottiva. In questo lavoro, le cellule CIK sono state ottenute da cellule mononucleate del sangue periferico (Pheripheral Blood Mononuclear Cells, PBMCs) di donatori sani mediante l’aggiunta di interferone gamma (Interferon-γ, IFN-γ), anticorpi anti-CD3 e interleuchina 2 (Interleukin-2, IL-2). Analizzando il fenotipo, abbiamo dimostrato per la prima volta una rilevante espressione donatore-dipendente del recettore CD16 e, basandoci su questa osservazione, abbiamo analizzato la capacità delle cellule CIK di uccidere cellule tumorali mediante citotossicità cellulo-mediata anticorpo-dipendente (Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity, ADCC). Infatti, abbiamo osservato che la simultanea somministrazione di anticorpi monoclonali terapeutici, come il trastuzumab e il cetuximab, portano ad un significativo incremento dell’attività antitumorale in vitro delle CIK nei confronti di linee cellulari di tumore ovarico e mammario. Per dimostrare che il CD16 è funzionale ed è direttamente coinvolto nell’ADCC, è stato aggiunto al saggio un anticorpo bloccante anti-CD16. La deplezione delle cellule NK ha confermato che l’ADCC è attribuibile alla sottopopolazione CD16+ delle cellule CIK. Questa nuova funzione delle cellule CIK, descritta qui per la prima volta, è stata valutata per la sua efficacia terapeutica in un modello murino di carcinoma ovarico umano trapiantato in topi NOD/SCID knockout per la catena comune γ (topi NSG). La co-somministrazione di cellule CIK e anticorpi monoclonali ha aumentato significativamente la sopravvivenza dei topi con tumore, in confronto ai topi trattati soltanto con le CIK. Inoltre, l’attività antitumorale in vitro delle cellule CIK è stata incrementata mediante la combinazione con anticorpi bispecifici e immunoligandi, in grado di legare contemporaneamente un antigene associato al tumore e un recettore attivatore espresso dalle cellule effettrici. Complessivamente, questi dati prospettano nuove possibilità per l’immunoterapia adottiva, in cui il reindirizzamento antigene-specifico dei linfociti T può essere ottenuto mediante la combinazione di anticorpi monoclonali di utilizzo clinico, già ampiamente utilizzati per la terapia antitumorale, con popolazioni di cellule CIK, che sono facilmente espandibili, economiche, sicure e non richiedono manipolazioni genetiche. In conclusione, questa nuova strategia terapeutica per trattamento di diversi tipi di tumori mediante terapia cellulare adottiva potrà trovare ampie possibilità di implementazione e applicazione, e potrà essere estesa all’utilizzo di ulteriori anticorpi terapeutici.