1) Immunothérapie non spécifique. 3) Immunothérapie spécifique «adoptive» 4) Vaccination thérapeutique

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1 Immunothérapie du cancer 1) Immunothérapie non spécifique 2) Immunothérapie par anticorps monoclonaux 3) Immunothérapie spécifique «adoptive» 4) Vaccination thérapeutique Marie-Alix Poul Institut de recherche en cancérologie, Montpellier FMBS215 Immunopathologie, , UM2 1

2 Historique des traitements du cancer Débuts du traitement chirurgical du cancer Débuts de la radiothérapie Débuts de la chimiothérapie Découverte interleukine-2 Immunothérapie par Acm (rituximab) Inhibiteur de tyrosine kinase (imatinib) anti-ctla4 mab dy (ipilimumab) Mélanome Inhibiteur de BRAF (vemurafenib) mélanome Utilisation de toxines immunogènes par Coley Gross: Greffes de tumeurs sur souris syngéniques Burnet & Thomas: Théorie de l immunosurveillance souris Prehn & Main: T. Boon: Antigènes spécifiques de tumeurs Premier Ag tumoral reconnu par un CTL (MAGE) Schreiber, Dunn: Théorie de l immuno-editing Anti- PD1/PD-L1 (diverses indications) Rosenberg: Transfert adoptif de lymphocytes T Essais cliniques de vaccination avec des Ag tumoraux définis

3 Le père de l immunothérapie i antitumorale: William B. Coley ( )

4 Cancer immunotherapy : therapeutic strategies Stratégies d immunothérapie i (1) Classification générale Non spécifique: stimulation générale du système immunitaire - injection de cytokines stimulatrices - inhibition de cytokines inhibitrices i - inhibition de cellules immunosuppressives Spécifique: apport d anticorps ou d effecteurs cellulaires spécifiques d antigènes tumoraux - passive -active

5 Cancer immunotherapy : therapeutic strategies Stratégies d immunothérapie i (2) spécifiques Passive (administration d effecteurs) Injection d anticorps monoclonaux Rituximab (anti-cd20): leucémies et lymphomes B Herceptine (anti-her2/neu), cancer du sein Transfert adoptif de CTL, éventuellement amplifiés in vitro -spécifiques d un antigène de mélanome (S. Rosenberg) -d antigènes mineurs d histocompatibilité dans des leucémies -lignées de CTL modifiées pour exprimer un TcR spécifique d un antigène tumoral (T-bodies) Active (administration d un antigène pour initier une réponse immunitaire adaptative): Vaccination pour induire des CTL tumeur spécifiques in vivo -avec des antigène définisi -avec des antigènes non purifiés (mobilisation des cellules dendritiques (in vitro ou in vivo))

6 Cytokines immunomodulatrices Cytokines ayant un rôle anti-tumoral IL-2 IFN de type I et IFN- IL-15 Cytokines ayant un rôle pro-tumoral TGF-beta Inhibe les réponses adaptatives de type TH1 Oriente la réponse T vers un type TH17 en présence d IL-6 Inhibe l activation T en général IL-10 Régule négativement t l expression de cytokines de type TH1 (et TH2) Inhibe la différenciation des cellules dendritiques Inhibe l expression des molécules de CMH IL-17 IL-6, TNF-alpha, cytokines inflammatoires 6

7 Immunothérapie non spécifique par cytokines: IFN -Augmente l expression des molécules de classe I et II du CMH -Potentialise/active les CTL et les NK -Mature les cellules dendritiques -Anti-angiogénique -Inhibition directe de la croissance tumorale Indications : «Hairy cell»l leukemia (LLC), leucémie myéloïde chronique (LMC), Sarcome de Kaposi associé au SIDA, lymphome folliculaire

8 Les cytokines TH1 diminuent i avec le développement d une tumeur INTERFERON INTERLEUKINE 2 INTERLEUKINE 4 (U/ml) (pg/ml) (pg/ml) Souris normale < 5 Souris portant une tumeur < Ghosch J. Natl Cancer Inst. 1995

9 Immunothérapie non spécifique par cytokines: IL 2 - IL-2 : Taux de réponse de 10 à 20% avec 5% de rémission complète (Indications: mélanome/carcinome rénal) -Forte toxicité -Recherche h de marqueurs de prédiction deréponse - Les répondeurs ont peu d IL-6 sérique et peu de CRP (protéine C- réactive) initialement - Les répondeurs développent en parallèle un vitiligo

10 Immunothérapie non spécifique Des injections de cytokines ne suffisent pas à induire une réponse antitumorale efficace Ciblage et destruction des cytokines pro-inflammatoires? Ciblage et destruction des cellules immunosuppressives?

11 Nomenclature des Acms selon leur origine Murins omab = mouse Ex: muronomab Chimèriques ximab = chimeric Ex: rituximab Humanisés zumab = humanized Ex: alemtuzumab Humains mumab = human Ex: adalimumab

12 Cibles des ACms: cellules tumorales + micro environnement Cibles tumeur-spécifiques: - Diriger i les NK (+macrophages) vers les cellules l tumorales pour favoriser leur destruction - Moduler la fonction des antigènes tumoraux (auto-destruction des cellules tumorales) Cibles génériques: Immunomodulation -Bloquer des interactions inhibitrices des CTL: Acm anti-ctla4, PD1 ou PD-L1 -Inhiber les T régulateurs: Acm anti-cd25 -Activer la présentation antigénique par les DCs: Acm anti-cd40 NB:cibles moins développées mais prometteuses Inhiber l angiogénèse: Acm anti-vegf (vascular endothelial growth factor)

13 Elimination de la cible (déplétion) CD20 Apoptose ADCC Granzymes Perforine Rituximab (CD20) Ofatumumab (CD52) Alemtuzumab (CD20) Trastuzumab (HER2) Phagocytose Complément CD20 CDC Lyse cellulaire CAM

14 Mécanismes d action des anticorps thérapeutiques NK cell staining in biopsies from HER2-amplified breast cancer patients Ex:Trastuzumab Trastuzumab-treatedtreated Untreated Dia T Chardes

15 Interaction fonctionnelle avec la cible CD20 Apoptose Rituximab Induction d une voie de signalisation Blocage du récepteur EGF EGFR Cetuximab (Erbitux ) D après A.Chan et P.J Carter Nat Rev Immunol, 2010

16 Mécanismes d action des anticorps Thérapeutiques: Pancreatic BxPC3 samples from xenografted mice EGFR Inhibition of Cell Signalling Ex: Cetuximab, Trastuzumab p-egfr Larbouret et al., Ann. Oncol., 2010, 21, Dia T Chardes

17 Blocage du ligand VEGF VEGFR Bevacizumab (Avastin ) D après A.Chan et P.J Carter Nat Rev Immunol, 2010

18 Mécanismes d action des anticorps thérapeutiques VEGF expression in biopsies from bevacizumab-treated breast cancer patients Ligand trapping Ex: Bevacizumab Non-responder Responder

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20 Anticorps Monoclonaux Utilisés en Clinique pour le Traitement de Cancers Nom Forme de Antigène Mécanisme d action* Indication Date d utilisation l anticorps cible clinique** clinique*** Rituximab (Rituxan ) (Mabthera ) IgG1 Chimérique CD20 ADCC, CDC, induction directe de l apoptose. LNH 26 Nov Trastuzumab (Herceptin ) IgG1 humanisé HER2 Inhibition de la prolifération et de la migration cellulaire médiées par HER2. Cancer du sein métastatique 25 Nov Gemtuzumab Ozogamicin (Mylotarg ) IgG4 humanisé lié à la calicheamicin CD33 Délivrance de la calicheamin, inducteur de cassure des brins d ADN et apoptose. LAM 17 Mai 2000 Alemtuzumab (Campath ) IgG1 humanisé CD52 ADCC, CDC. LLC 1er Juil 2001 Tosimumomab (Bexxar ) IgG2 murin Conjugué à 131 I CD20 Délivrance de radiation cytotoxique, ADCC, CDC, apoptose. LNH résistant rituximab 2 Sept 2002 Ibritumomab Tiuxetan (Zevalin ) IgG1 murin conjugué à 90 Y et 111 In CD20 Délivrance de radiation cytotoxique, ADCC,CDC, apoptose LNH résistant 27 Juin 2003 Cetuximab (Erbitux ) IgG1 chimérique HER1 (EGFR) Prévient l intéraction de l EGF avec son récepteur Cancer du colon métastatique 12 Fév 2004 Bevacizumab (Avastin ) IgG1 humanisé VEGF Prévient l intéraction du VEGF avec son récepteur. Cancer du colon métastatique * : ADCC : cytotoxicité cellulaire dépendante d'anticorps ; CDC : cytotoxicité dépendante de complément. ** : LNH : lymphome non-hodgkinien ; LAM : leucémie aiguë myéloïde ; LLC : leucémie lymphoïde chronique. *** : Date d approbation aux USA par la FDA ou par la commission européenne (EMEA) 26 Fév 2004

21 Anticorps Monoclonaux Utilisés en Clinique pour le Traitement de Cancers (2) Nom Forme de Antigène Mécanisme d action* Indication Date d utilisation l anticorps cible clinique** clinique*** Panitumumab (Vestibix ) IgG2 Humain HER1 (EGFR) Prévient l intéraction de l EGF avec son récepteur Cancer du colon Métastatique 27 sept 2006 Catumaxomab (Removab ) IgG2a de souris et IgG2b de rat EpCAM et CD3 ADCC Ascite malin 20 avril 2009 Ofatumumab (Arzerra ) Ipilimumab Yervoy IgG1 Humain IgG1 Humain CD20 CTLA-4 ADCC, CDC, induction directe de l apoptose. Bloque l interaction B7/CTLA-4 LLC réfractaire à fludarabine 26 oct 2009 et alemtuzumab Mélanome 25 mars 2011 Brentuximab vedotin Lymphole anaplasique IgG1 Chimérique CD30 ADCC/CDC à grandes cellules et Hodgkin lymphoma 19 Aout 2011

22 ADC: anticorps conjugué à une drogue D

23 ADC: anticorps conjugué à une drogue D 1) Puissante molécule cytotoxique (très peu atteint l intérieur de la cellule) 2) Linker clivable (ex: pont disulfure, sequence peptidique) ou Linker non clivable 3) Anticorps induisant l internalisation de la molécule ciblée (= anticorps internalisant)

24 ADC: Mylotarg D 1) Calicheamicin: liaison à l ADN causant des cassures double-brins 2) Linker clivable 3) Anticorps internalisant anti-cd33 humanisé (gentuzumab) Leucémie aigue myéloïde

25 ADC: Brentuximab vedotin D 1) monomethyl auristatin E (MMAE): agent inhibant la polymérisation des microtubules 2) Linker clivable par des protéases lysosomiales(linker valine citulline) 3) Anticorps chimérique IgG1 anti-cd30 internalisant Hodgkin s lymphoma et lymphome anaplastique à grande cellules (ALCL) Hodgkin s lymphoma et lymphome anaplastique à grande cellules (ALCL) (application Fev.2011)

26 ADC: Trastuzumab-DM1 D 1) N2 -deacetyl-n2 -(3-mercapto-1-oxopropyl)- maytansine (DM1): agent inhibant la polymérisation des microtubules 2) Linker non clivable 3) Anticorps humanisé IgG1 anti-her2/neu (Trastuzumab) Cancer du sein surexprimant HER2 et métastatique

27 ADC: développement clinique en clinique

28 Thérapies ciblées avec anticorps: résumé +/- effet fonctionnel tumeur ADCC CDC NK, T cells Efficacité clinique o o o Lymphome folliculaire : Rituximab Tumeur sein: Trastuzumab Tumeur côlon : Cetuximab Perspectives o C Nouveaux Ac avec affinité FcR augmentée (meilleure ADCC) Apoptose p immunogène? o o Combinaison i avec adjuvants (eg GM-CSF) (effet vaccination) Ciblage tumoral de composés toxiques

29 Greffe allogénique de moëlle osseuse Graft vs Tumor reaction Blastes tumoraux Progéniteurs hématopoïétiques T Rejet greffon Graft vs Host disease T, NK Conditionnement chimio ou radiothérapeutique du patient Greffon Receveur Efficacité thérapeutique prouvée de la greffe allogénique dans les leucémies chroniques (effet GvT) mais forte toxicité potentielle de la GvHD

30 Transfert adoptif de lymphocytest autologues Réponses cliniques: 72% mais seulement 4% de rémissions totales (mélanome) D après Rosenberg S.A. et al, Nat Rev Can 2008, 8:

31 Transfert adoptif de lymphocytes T autologues: un développement difficile Enjeux et perspectives Efficacité prouvée même à des stades tardifs (mélanomes) Améliorer les modalités de l établissement de lignées et clones T antitumoraux (natifs ou génétiquement modifiés) Défis o o o Essais cliniques limités (phases I/II) Standardisation protocoles d expansion en conditions GMP Modèle économique viable? (complexité / thérapie individuelle)

32 Vaccination thérapeutique = Initiation d une réponse immunitaire anti-tumorale Peptide Anticorps anti-idiotype Différentes sources Protéine d antigène tumoral Virus + adjuvants Cellules Tumorales modifiées ADN plasmidique Cellules Tumorales Cellules Dendritiques modifiées Lysats de Cellules Tumorales Agonistes de TLR (utilisés comme adjuvants) D après Gilboa, Nat Review Cellules Dendritiques pulsées

33 Vaccin thérapeutique contre le cancer de l utérus lié à l infection par HPV Peptides issus de E6 et E7 + Adjuvant incomplet de Freund ou plus récemment Imiquimod

34 Vaccheli E, Oncoimmunology, Adjuvants actuellement en clinique en vaccination anticancéreuse Agent Cible principale indication Bacillus Calmette- Guérin Monophosphoryl lipid A* (combiné à des sels d alun) TLR2/TLR4/TLR9 TLR2/TLR4 Carcinome vésical in situ (vaccin thérapeutique) Prévention du cancer de l uterus associé à HPV (cervaryx) Imiquimod TLR7 Carcinome basocelluaire (vaccin thérapeutique)

35 Vaccin prophylactique contre le cancer de l utérus lutérus lié à l infection par HPV MPL = 3-O-desacyl-4 -monophosphoryl lipid A, dérivé du LPS de Salmonella minnesotta + Agoniste du Toll-like recepteur 4 + viral major capsid protein L1 assemblé en VLP (virus like particules produites en baculovirus/cellules d insecte)

36 Stimulation des Récepteurs Toll-likelike au niveau tumoral: arme à double tranchant Traitement de lignées de cancer du poumons chimie Immunohistoc TLR7 TLR8

37 Différentes sources d antigène tumoral Peptide Anticorps anti-idiotype Melacine; lysat d une lignée de mélanome allogénique + aduvant (Detox TM ) Protéine Virus Detox =MPL(3-O-desacyl-4 - monophosphoryl lipid A, dérivé du LPS de Salmonella minnesotta) + extrait de mycobacterium bovis Cellules Tumorales modifiées ADN plasmidique Etude sur malades (mélanome), médiane de survie à 11 mois/7,8 mois), distribué au Canada; (Corixa Inc.) Cellules Tumorales Lysats de Cellules Tumorales Agonistes de TLR (utilisés comme adjuvants) Cellules Dendritiques modifiées Cellules Dendritiques pulsées

38 Différentes sources d antigène tumoral Peptide Anticorps anti-idiotype Mvax, Ovax, LungVax: cellules tumorales autologues avec haptène DNP (Mvax, Ovax, LungVax) Protéine Virus 62 malades avec mélanome; à 4 ans, 48% sans maladie/20% groupe contrôle (Avax Technologies) Cellules Tumorales modifiées Cellules Tumorales ADN plasmidique Cellules Dendritiques modifiées Lysats de Cellules Tumorales Agonistes de TLR (utilisés comme adjuvants) Cellules Dendritiques pulsées

39 Vaccin ALVAC minimage En essai clinique, Sanofi Pasteur

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41 Premier vaccin anti-cancer approuvé par la FDA PA2024 = fusion protein = GM-CSF + PAP (prostatic acid phosphatase) p Leukapheresis PBMC Cancer de la prostate résistant à l hormono-thérapie n = 341 i.v. infusion Provenge (Sipuleucel-T) 2w 2w Median survival Probability of survival at 36 months 25,8 m 31,7% n = 171 Placebo (= PBMC without PA2024 pulse) i.v. infusion 2w 2w 21,7 m 23,0% Kantoff PW et al. New Engl J Med 2010, 363 (5), pp

42 Vaccins dendritiques Enjeux et perspectives Quelques réponses cliniques notoires (mélanome, cancer de la prostate, cancer du sein, lymphome folliculaire..) mais Standardisation délicate (multiplicité des protocoles) Modalités d expansion et différentiation des DC Domiciliation tumorale in vivo et survie des DCs variable Manque d adjuvants GMP aisément disponibles Quel antigène utiliser pour pulser les DC? Nature Sous quelle forme; extraits, RNA, DNA, peptides Développement pharmaceutique problématique

43 Immunothérapie active contre les cancer actuellement en clinique

44 Perspectives en immunothérapie Amélioration des protocoles immunothérapeutiques : utiliser des traitements combinés Combinaison des thérapies conventionnelles et immunothérapie antitumorale - certaines substances chimiothérapeutiques seraient immunogènes Recherche e c e de marqueurs immunitaires ou autres prédictifs de réponse (polymorphismes immuns ) Essai sur des stades précoces (faible charge tumorale)

45 Stratégies d immunothérapie i combinées Lever l immunosuppression associée aux tumeurs pour permettre l activité des CTL Immunothérapie adoptive (transfert de CTL) et active (vaccination) But : produire/induire d i des CTL spécifiques TAM tumor associated macrophage (M2-subtype) MDSC myeloid derived suppressive cell 47

46 Perspectives en immunothérapie (1) Inhibition de l immunosuppression Déplétion/bloc age avec Acms Treg MDSC TGF IL10 TAM (M2) (2) Chimiothérapie faible dose Anthracyclines, cyclophosphamide induction d une mort immunogénique Présentation antigénique Cytotoxicité (3) Co-stimulation: Adjuvants (agonistes de TLRs) Cytokines activatrices DC TCD8 TCD4 Immunogénicité