Development of canine chimeric antigen receptor-T cell that converts exhaustion-inducing signals into activation signals

• Project/Area Number: 22KJ2967
• Project/Area Number (Other): 21J01155 (2021-2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2021-2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 42020:Veterinary medical science-related
• Research Institution: Azabu University
• Principal Investigator: 吉本 翔 麻布大学, 麻布大学大学院 獣医学研究科 獣医学専攻, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: CAR-T細胞 / T細胞の疲弊 / 免疫チェックポイント / スイッチレセプター / 遺伝子改変 / イヌ / T細胞 / 疲弊 / 腫瘍

Outline of Research at the Start

がんに対する新規治療法として、キメラ抗原受容体発現T(CAR-T)細胞療法が注目を受けている。これまでに血液がん患者で優れた治療効果を示してきたが、がん患者の体内でCAR-T細胞が疲弊すると治療効果は持続しないことが報告されている。本研究では、疲弊を誘導する受容体の細胞外ドメインと共刺激分子のシグナルドメインをキメラ化したスイッチレセプターによりCAR-T細胞の疲弊という課題の解決を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

令和6年度は、PD-1受容体の細胞外ドメインと共刺激分子CD28のシグナルドメインをキメラ化したPD-1/CD28 スイッチレセプター(SR)が、イヌCAR-T細胞の治療効果に与える影響をin vivoで評価した。
NSGマウスにPD-L1を発現するがん細胞株を移植し、5日目に通常のCAR-T細胞、もしくはSR-CAR-T細胞を静脈内投与した。イヌCAR-T細胞の投与後、生物発光イメージングを用いて経時的にがんの存在を検出するともに、末梢血中のイヌCAR-T細胞の存在も検出した。当初の仮説では、SR-CAR-T細胞は通常のCAR-T細胞よりも治療効果が増強されると想定していたものの、本実験ではPD-1/CD28 SRによるイヌCAR-T細胞の抗腫瘍効果の増強作用は確認できず、末梢血中での検出についても両者で優位な差は確認されなかった。しかしながら、本実験では悪性度の高いがん細胞株を移植したマウスにおいて検討を行っており、いずれのCAR-T細胞も十分にがんを制御できなかったから、PD-1/CD28 SRの有用性を評価するためには、がん細胞株の選定を含めてin vivoの実験条件を洗練させる必要があると考えられた。
本研究全体を通し、イヌCAR-T細胞の機能抑制・疲弊の誘導にPD-L1が関連し、PD-1/CD28 SRがイヌCAR-T細胞の機能を増強することをin vitroで明らかにしており、獣医療におけるCAR-T細胞開発において重要な知見を明らかにした。また、in vivoの実験はさらなる条件検討が必要と考えられたものの、イヌCAR-T細胞の有効性をがん移植マウスで評価した研究は世界的にも未だ報告がなく、本実験で得られた知見は今後のイヌCAR-T細胞研究を進めていく上で重要なものである。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ペンシルバニア大学(米国)
• [Journal Article] Development and pharmacokinetic assessment of a fully canine anti-PD-1 monoclonal antibody for comparative translational research in dogs with spontaneous tumors (2023)
  • Author(s): Yoshimoto Sho、Chester Nicholas、Xiong Ailian、Radaelli Enrico、Wang Hong、Brillantes Marc、Gulendran Gayathri、Glassman Patrick、Siegel Don L.、Mason Nicola J.
  • Journal Title: mAbs Volume: 15 Issue: 1 Pages: 2287250-2287250
  • DOI: 10.1080/19420862.2023.2287250
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of a fully canine anti-canine CTLA4 monoclonal antibody for comparative translational research in dogs with spontaneous tumors (2021)
  • Author(s): Mason Nicola J.、Chester Nicholas、Xiong Ailian、Rotolo Antonia、Wu Ying、Yoshimoto Sho、Glassman Patrick、Gulendran Gayathri、Siegel Don L.
  • Journal Title: mAbs Volume: 13 Issue: 1 Pages: 2004638-2004638
  • DOI: 10.1080/19420862.2021.2004638
• [Journal Article] Detection of indoleamine 2,3-dioxygenase 1-expressing cells in canine normal and tumor tissues (2021)
  • Author(s): IKEDA Namiko、KATO Daiki、TSUBOI Masaya、YOSHITAKE Ryohei、ETO Shotaro、YOSHIMOTO Sho、SHINADA Masahiro、KAMOTO Satoshi、HASHIMOTO Yuko、TAKAHASHI Yousuke、CHAMBERS James、UCHIDA Kazuyuki、NISHIMURA Ryohei、NAKAGAWA Takayuki
  • Journal Title: Journal of Veterinary Medical Science Volume: 83 Issue: 12 Pages: 1885-1890
  • DOI: 10.1292/jvms.21-0217
  • NAID: 130008124204
  • ISSN: 0916-7250, 1347-7439
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Expression of podoplanin in various types of feline tumor tissues (2021)
  • Author(s): KAMOTO Satoshi、SHINADA Masahiro、KATO Daiki、TSUBOI Masaya、YOSHIMOTO Sho、YOSHITAKE Ryohei、ETO Shotaro、IKEDA Namiko、TAKAHASHI Yosuke、HASHIMOTO Yuko、CHAMBERS James、UCHIDA Kazuyuki、YAMADA Shinji、KANEKO Mika K.、NISHIMURA Ryohei、KATO Yukinari、NAKAGAWA Takayuki
  • Journal Title: Journal of Veterinary Medical Science Volume: 83 Issue: 11 Pages: 1795-1799
  • DOI: 10.1292/jvms.20-0608
  • NAID: 130008119831
  • ISSN: 0916-7250, 1347-7439
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] A PD-1/CD28 chimeric switch receptor augments canine chimeric antigen receptor T cell function against PD-L1 expressing target cells (2024)
  • Author(s): Sho Yoshimoto, Antonia Rotolo, Kay Foos, Lauren Olnenick, Satoshi Takagi, Nicola J. Mason
  • Organizer: World Veterinary Cancer Congress 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Successful expression of a PD-1-CD28 switch receptor to overcome PD-L1 mediated inhibition of canine CAR-T cells (2022)
  • Author(s): Yoshimoto S, Rotolo A, Takagi S, Mason NJ.
  • Organizer: The Annual Conference of the Veterinary Cancer Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Developing and evaluating CAR-T cells for use in canine cancer patients to inform human clinical translation (2022)
  • Author(s): Yoshimoto S, Kasper B, Rotolo A, Nakagawa T, Takagi S, Mason NJ
  • Organizer: 81st Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of a canine anti-canine PD-1 antibody fragment to enhance CART efficiency in solid tumours (2021)
  • Author(s): Yoshimoto S, Chester N, Xiong A, Gulendran G, Siegel D, Raedelli E, Mason NJ
  • Organizer: The Annual Conference of the Veterinary Cancer Society
  • Int'l Joint Research