Umfassende funktionelle immunologische Charakterisierung kindlicher solider Tumoren mittels Einzelzell-RNA-Sequenzierung und räumlicher Proteomik

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Grünewald, Ph.D.; Privatdozent Dr. Kristian Pajtler; Dr. Christian Seitz
• Fachliche Zuordnung: Kinder- und Jugendmedizin ; Hämatologie, Onkologie ; Immunologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458891500

Die Überlebenswahrscheinlichkeit pädiatrischer Patienten mit metastasierten oder rezidivierten extrakraniellen soliden Tumoren nach Standarttherapie, ist trotz intensivierter Chemotherapie, Bestrahlung und autologer Stammzelltransplantation sehr gering. Immuntherapeutische Behandlungsansätze konnten beindruckende klinischen Erfolge erzielen und große Erwartungen wecken, z.B. die Immune Checkpoint (IC) Blockade bei Melanomen oder die Chimären Antigen Rezeptor T-Zell (CAR-T) Therapie bei hämatologischen Krebserkrankungen. Im Gegensatz dazu zeigten beide Behandlungsansätze bei pädiatrischen Patienten mit soliden Krebserkrankungen klinisch nur niedrige Effektivität. Mögliche Gründe hierfür sind die niedrige Mutationslast und das resultierende Fehlen tumorspezifischer T-Zellen als Grundlage der IC Blockade, die beeinträchtige Wanderung, Infiltration und aktive Unterdrückung von CAR-T durch das Tumormikromilieu sowie die heterogene Expression von Zielantigen, welche zur Resistenz durch Antigenverlust führt. Das Feld der Synthetischen Biologie hat ein sich ständig erweiterndes Repertoire an Modifikationen entwickelt, T-Zellen mit Funktionen auszustatten um diese Limitationen zu entgegnen. Entscheidend für die Entwicklung rationaler Therapieansätze sowie der optimalen Anwendung neuartiger Werkzeuge des T-Zell-Engineerings ist ein umfassendes Verständnis der zellulären Zusammensetzung und der funktionellen Interaktion zwischen Tumor-, Immun- und Stromazellen im TME. Mit Hilfe neuster Technologien zur Einzelzellanalyse, einzelzell/einzelkern RNA Sequenzierung (sc/nRNASeq) und automatisiertem Ultra-High Content Imaging, sollen 75 Tumorproben von pädiatrischen Sarkom Patienten bei Diagnose und Rezidiv, darunter Rhabdomyosarkome, Ewing Sarkome und Osteosarkome, untersucht werden. Ziele der Analysen sind a) neue Zielantigene für die Therapie mit monoklonalen Antikörpern (mAbs) oder CAR-T zu entdecken, b) die intratumorale Heterogenität der Expression dieser Zielantigen zu beurteilen, c) eine tiefe Phänotypisierung infiltrierender Immun- und Stromazellen durchzuführen und deren Entwicklung nachzuvollziehen sowie d) individuelle Immunevasionssignaturen im TME zu identifizieren, welche für eine gezielte Immuntherapie adressiert werden könnten. Die funktionelle Interaktion zwischen CAR-T und Tumor bzw. TME soll mit Hilfe von humanisierten, vom Patienten stammendes Xenotransplantat (PDX) Modellen untersucht werden. Ziel der Analyse ist es CAR-T bedingte, transkriptionelle Veränderungen im Tumor sowie CAR-T Editierung durch das TME zu untersuchen, um die multidirektionale zelluläre Interaktion, welche zur Immunevasion führt, aufzudecken. Zusammengefasst erwarten wir entscheidende Erkenntnisse über die Immunologie pädiatrischer Sarkome zu gewinnen, die als direkte Grundlage für die rationale Modifikation von T-Zellen sowie die Entwicklung evidenzbasierter Immuntherapien dienen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Jörg Fuchs