Characterization of CD34+ Progenitor-Derived Dendritic Cells Pulsed with Tumor Cell Lysate for a Vaccination Strategy in Children with Malignant Solid Tumors and a Poor Prognosis

Abstract

Background: Children and adolescents with primary multifocal, refractory or relapsed malignant extracranial solid tumors still have a poor prognosis inspite of intensive standard radio-/chemotherapy. Here complementary immunomodulatory treatment modalities may prove beneficial as consolidation therapy following cytoreduction. Neuroblastoma, Ewing tumor and soft tissue sarcoma cells have principally been shown to be susceptible towards both cytotoxic and humoral effector mechanisms. Yet in vivo they are not capable of inducing an effective antitumor response which has been attributed to low level MHC expression and lack of costimulatory surface molecules. Professional antigen - presenting cells such as dendritic cells (DCs) in contrast are capable of activating unprimed T cells and are therefore ideal tools for vaccine generation.
Results: Here we demonstrate that DCs may be generated from CD34+ progenitor cells to clinical scale in a three to four week cell culture process including an initial expansion and subsequent differentiation and maturation steps. DCs derived from CD34+ progenitors express the expected marker profile and are highly effective in stimulating allogeneic T cell effectors. We also demonstrate that they effectively take up fluorescence-labelled tumor cell lysate.
Discussion: Having established a cell culture process for clinical scale DC production utilizing CD34+ progenitors as the cellular source we discuss the role of CD34+ derived DCs in clinical vaccination protocols. The rationale for a phase I/II DC dose escalation study for high risk pediatric patients with extracranial solid tumors assessing safety, immunological and clinical efficacy of serial combined intranodal and subcutaneous injections of tumor cell lysate-pulsed autologous DCs is delineated.

Zusammenfassung

Hintergrund: Kinder und Jugendliche mit primär metastasierten, therapierefraktären oder rezidivierten malignen extrakranialen Tumoren haben trotz intensiver Strandard-Radio-/Chemotherapie eine schlechte Prognose. Hier bieten sich ergänzend immuntherapeutische Behandlungsstrategien an, die im Sinne einer immunologischen Konsolidierung nach zytoreduktiver Therapie eingesetzt werden können. Sowohl Neuroblastome als auch Ewing-Tumoren und Weichteilsarkome haben sich gegenüber zytotoxischen und humoralen immunologischen Effektormechanismen als sensitiv erwiesen. Jedoch sind diese Tumoren nicht in der Lage, in vivo eine effektive anti-tumorspezifische Immunantwort zu induzieren. Diese reduzierte Immunogenität wird auf die niedrige Expression von MHC- und kostimulatorischen Oberflächenmolekülen zurückgeführt. Professionelle antigenpräsentierende Zellen wie dendritische Zellen (DZ) sind dagegen in besonderer Weise befähigt, zytotoxische T-Zellen zu aktivieren, und eignen sich daher in besonderem Maße zur Herstellung einer Tumorvakzine.
Ergebnisse: Wir zeigen, dass sich DZ in klinischem Maßstab aus CD34+-Vorläuferzellen innerhalb von 3-4 Wochen in Zellkultur generieren lassen. Nach einer initialen Expansion der Zellen wird durch Zugabe verschiedener Zytokine deren Differenzierung und schließlich Ausreifung bewirkt. Die so gewonnenen DZ exprimieren die charakteristischen Marker und kostimulatorischen Moleküle auf ihrer Oberfläche und weisen eine hohe T-Zell-stimulatorische Kapazität auf. Auch hat sich zeigen lassen, dass aus CD34+-Progenitoren generierte DZs fluoreszenzmarkierte Proteine bzw. Tumorzell-Lysat aufnehmen können.
Diskussion: Nach Etablierung eines Herstellungsprozesses von DZ wird der klinische Einsatz einer von CD34+-Vorläuferzellen abgeleiteten dendritischen Zellvakzine diskutiert. Auf der Grundlage der gewonnenen Ergebnisse wird die Rationale für die Entwicklung einer Phase-I/II-Studie für pädiatrische Hochrisikopatienten mit malignen extrakranialen soliden Tumoren dargestellt. Ziel dieser Dosisfindungsstudie ist, die Sicherheit sowie immunologische und klinische Wirksamkeit einer seriellen Applikation von Tumorzell-Lysat-beladenen DZ zu untersuchen.

CD34+ derived DCs - vaccine - tumor lysate - solid tumors

DZ aus CD34+-Progenitoren - Vakzine - Tumorlysat - solide Tumoren

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