IMMUNOLOGIE- Biothérapie cellulaire

05/01/2015ELLENA MarionCR : INGHILTERRA JérômeImmunologiePr OLIVE10 pages

Biothérapie cellulaire

Plan :

A. Introduction

B. Du point de vue de la biologie

C. Du point de vue immunologique

D. Réflexion pour le développement de thérapies

E. Immunité adaptative

F. Les immunothérapies couramment utilisées et leur objectifs

G. Médicaments et vaccins

H. Antigènes associés aux Tumeurs (TAA)et Antigènes Spécifiques de Tumeurs (TSA)

A. IntroductionLa biothérapie cellulaire : ce sont des thérapies traitant le cancer relativement expérimentales, peu observables à l’hôpital. L'immunothérapie est utilisée comme synonyme de biothérapie car ce sont toutes les thérapies ayant un impact en cancérologie sur les acteurs agissant sur le SI ou sur le cancer directement en recrutant le SI.

En traitement en cancérologie, on a le choix entre des traitements de biothérapie par des agents chimiques ou cellulaires. Ce sont des traitements quotidiennement utilisés chez les patients atteints de lymphomes ou de leucémies avec des guérisons ou bien des rémissions très prolongées. Les thérapies ciblées sont chimiques et elles perturbent le métabolisme cellulaire qui donne un avantage à la tumeur. A part ces thérapies, toutes les autres se rapportent à la biothérapie.

L’allogreffe (utilisée dès les années 70 et en augmentation phénoménale dès fin des années 80) est la première technique de biothérapie utilisée. Au début elle consistait en l’injection de précurseurs présents dans le sang périphérique puis elle est devenue allogénique, c’est-à-dire injection de cellule provenant d’un membre de la famille ou d’un donneur proche d’un point de vu HLA.Les patients atteints de Leucémies Aiguës Myéloïdes (les plus graves pour l’adulte) bénéficient, pour la moitié, de biothérapies cellulaires à un moment ou à un autre de l’évolution de leur maladie.

Les produits utilisés agissent soit par eux même soit en activant le SI comme pour les anticorps monoclonaux qui agissent par recrutement des cellules immunes in vivo.

On note aussi dans les stratégies expérimentales (qui concernent une centaines de patients) la thérapie bispécifique et les CAR (Récepteur Chimérique des Antigènes, stratégie cellulaire pure utilisée dans les leucémies graves).

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Dans le contexte des thérapies actuelles, les immunothérapies cellulaires (notamment avec la transplantation) ont commencé bien avant que la compréhension du SI soit totale (ce qui n’est d’ailleurs pas encore le cas).B. Du point de vu de la biologie En 2000, les éléments que l’on croyait être explicatifs du développement d’un cancer se résumaient à six piliers qui permettaient donc d’imaginer des traitements les bloquants : aucun de ses piliers n’était lié au SI.

Ces six piliers initiaux sont :

- auto-suffisance en facteur de croissance- l’insensibilité aux signaux luttant contre les facteurs de croissance- l’échappement à l’apoptose- l’invasion tissulaire et les métastases- l'angiogenèse- un potentiel de réplication illimité (= immortalité).

En biologie cellulaire pure, on travaille donc sur les transformations cellulaires menant à la création et au développement de la tumeur.

Progressivement, dans ce cercle de piliers, des mécanismes supplémentaires furent identifiés : il s’agit de stratégie / de capacité de la tumeur à résister à la reconnaissance et à la lyse cellulaire.

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Entre 2000 et 2011, les différents travaux ont donc permis d’identifier plus de piliers parmi lesquels la résistance au SI.

En 2014, le champs des recherches ayant explosé (regain d’intérêt de l’industrie et des académies énorme pour le cancer), on a découvert la capacité de résistance mais aussi d'échappement au SI des cellules tumorales. Si des éléments sont incontournables pour l’édification d’une tumeur, on peut les détruire pour mieux contrôler le cancer et développer des thérapies.

Par ailleurs, à l’heure actuelle, l’autre paramètre (visible au microscope depuis longtemps) qui apparaît très important dans la compréhension du développement tumoral est l’environnement tumoral. La tumeur n’existe qu’avec son micro-environnement. Donc en plus des piliers précédemment cités qui sont intrinsèques à la tumeur, il faut tenir compte en thérapie de son micro-environnement et des facteurs extrinsèques qu’il abrite pour étudier son développement.

Il faut décrire le lieu primitif de développement de la tumeur (micro-environnement initial) et le lieu éloigné lors du développement d’un métastase. C'est un sujet de réflexion pour la thérapie.

C. Du point de vue immunologiqueEn 2014, les chercheurs ont donc fait la synthèse de leurs connaissances en immunologie concernant la relation entre le SI et l'évolution ou non d'un cancer. A la fin des année 90, seul le LT était réellement connu est décrit dans les détails.

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Or il se trouve que c'est la plupart des acteurs immuns qui sont dotés de capacités pour contrôler la cellule tumorale ou au contraire favoriser le développement tumoral. On a désormais beaucoup de connaissances à la fois sur les facteurs de contrôle tumoral (positif en terme de potentialité thérapeutique) et ceux contre productifs pour la réponse immune (à inhiber en thérapie). Dans les stratégies déjà présentes qui agissent sur les piliers, on emploie des produits chimiques et des AC.

Pour rappel, l'activation du LT naïf dépend du récepteur T, d'un CMH II et son peptide et des co-récepteurs comme CD4 tout cela créant le signal 1 avec les premières informations d’activation.

Ce système par lui même n’est pas suffisant : besoin d'éléments auxiliaires incarnés par des molécules de co stimulation primordiales (CD28). Il faut un signal 2 créé par une molécule de la cellule présentatrice d'antigènes.

Il y a deux étapes distinctes dans le fonctionnement des lymphocytes :

- première étape quand le lymphocyte est naïf => deux signaux sont nécessaires à son activation.

- seconde étape quand le lymphocyte est déjà activé => le lymphocyte fonctionne par lui même s'il voit un antigène porté par la cellule cible à condition qu'il soit disponible bien évidemment.

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Quelques rappels concernant la fonction des AC :

- Coopération- Reconnaissance antigénique en solution. Activation du complément et lyse de la cellule qui porte l'Ag.

- La partie constance FC joue un rôle pour recruter les effecteurs cellulaires, en relais avec la biothérapie cellulaire. Les cellules phagocytaires ont des récepteurs aux FC et peuvent donc être activées.

D. Réflexion pour le développement de thérapiesLa plupart des cancers ne sont pas immunitaires étant donné qu'ils se développent chez des individus immunocompétents.

Que ce soit pour le SI acquis (LT et B) ou inné (lymphocyte NK, NKT, gamma delta, monocytes) il y a des cibles disponibles sur la tumeur (après 20 ans de travaux c’est reconnu) donc celle-ci est visible et reconnaissable par le SI. Ces cibles sont des molécules, des peptides, ou encore des modifications chimiques du métabolisme cellulaire …

Dans la majorité des cas de développement tumoral, il y a échappement au SI et tolérance du SI vis-à-vis de la tumeur. Donc la tumeur bien qu’exprimant des antigènes reconnus par le SI, a développé ou a été sélectionnée pour avoir des contre-mesures lui permettant de se développer dans un environnement avec un SI actif. Ces connaissances sont donc à prendre vivement en compte pour améliorer les effets anti-tumoraux des thérapies. Dans cette lutte contre la tumeur via le SI, il est primordial de considérer les deux types de SI.

Les bases de nos connaissances en immunologie sont essentiellement obtenues chez la souris dans des modèles réductionnistes.

On note surtout le développement de la théorie des trois E : Élimination, Équilibre et Échappement → la tumeur qui se développe est immédiatement contrôlée par le SI et la charge tumorale diminue jusqu'à devenir presque indétectable tout en restant toujours présente, puis la tumeur s'échappe et prolifère de nouveau.

Chez l’homme le stade diagnostic correspond donc à l’étape échappement (étapes initiales déjà passées et n'ayant pas permis le diagnostic car elles sont asymptomatiques) : la tumeur a mis en place des contre mesures (intrinsèques ou grâce à son environnement) menant à des signes et donc à une visite médicale.

Ces différents éléments font l’objet de thérapies qui veulent limiter les contre mesures pour restaurer la réponse immune (qui est efficace comme le prouve l'étape initiale d'élimination).

Les stratégies actuellement proposées sont le fruit d'une histoire de découvertes récentes concernant le SI :

- (starter) identification de cibles moléculaires portées par la tumeur et reconnues par les LT (1991) : c'est le premier antigène reconnu par le SI et donc exploitable en thérapie.

Les chercheurs ont donc procédé à l'identification du gène codant pour cette protéine pour mettre au point une technique d'identification de la tumeur par le biais d'une stratégie vaccinale ou immunitaire.

- dans le sérum du patient, identification d' AC contre des cibles moléculaires portées par le cancer (1995). Donc les deux bras, LT (1991) et LB (via ces AC qui en sont la preuves), du SI acquis sont à l’œuvre pour des effets anti tumoraux : pistes à développer en thérapie avec la thérapie Ac et les essais de vaccination dont certains fonctionnent, notamment contre le cancer de la prostate (PROVENGE) et d'autres moins. Cette piste a prouvé des bénéfices en terme de contrôle de la maladie lors de son essai.

- micro-environnement tumoral : via le microscope, l'extraction d'ARN …

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Tout cela menant à l'établissement d'une liste de tumeurs pour lesquelles les réponses immunes T CD8 sont associées à un meilleur pronostic (c'est le cas pour les cancers de ovaire et du sein). Plus ces LT CD8 sont présents dans le micro-environnement de la tumeur, meilleur est le pronostic.

Pour contrebalancer ces acteurs positifs, spontanément stimulateurs d'une réponse anti-tumorale, il y a des acteurs suppressifs comme les LTreg, les LB, les cellules Myéloïdes (progéniteurs précoces des polynucéaires ayant bloquer leur maturation) ou encore les molécules de co-signal. Ces suppresseurs interfèrent avec la réponse immune des patients. Initialement ils permettaient de lutter contre les effets délétères d'une réponse immune qui traine dans le temps. Mais dans le contexte du cancer, ils favorisent le développement tumoral donc permettent l'échappement final de la théorie des trois E.

E. Immunité adaptative.Initialement, la stratégie consistait en l'injection de LT contre la tumeur, en prenant soin d’éliminer les cellules immunes suppressives résiduelles par chimiothérapie => contrôle de la pathologie dans certains contextes avec une action sur les acteurs immunitaires positifs et négatifs.

La deuxième stratégie envisagée est presque apparue en même temps : le génie génétique permet de récupérer par clonage le récepteur du LT contre un antigène quel qu’il soit. Depuis 1991, on sait qu’on peut isoler des LT spécifiquement dirigés contre de nombreux antigènes tumoraux notamment les CD8 (aujourd'hui, on a identifié plus de 1000 antigènes tumoraux reconnus par les LT) donc on peut cloner dans un vecteur d’expression ce récepteur spécifiquement dirigé contre la tumeur.

Par la suite, on a associé les deux idées : n'importe quel LT qui prolifère bien en culture est sélectionné puis on le transfecte avec le vecteur contenant le gène du récepteur dirigé contre l’antigène de la tumeur. Donc des lymphocytes anti tumoraux sont créés et prolifèrent in vitro avant injection chez le patient (2006).

Cette stratégie est en essai clinique.

Autre stratégie ayant eu des résultats frappant en 2011 :

Le principe est le même que celui décrit précédemment mais il associe la capacité à reconnaître un antigène d’un autre type : reconnaissance par un AC. En effet, la stratégie précédente a pour limite la complexité du récepteur T mais l’AC peut se voir dans n’importe quel contexte, avec une nature très variée : un sucre, un lipide ou encore un acide aminé.

Les thérapies des AC monoclonaux dans le traitement des lymphomes marchent très bien donc on prend la partie AC et on crée un gène hybride dans un LT tueur ce qui permet une régression importante des leucémies et lymphomes. Ce récepteur chimérique se lie à CD19.

F. Les immunothérapies couramment utilisées et leur objectifs.Voici le listing de ces stratégies possibles issues de nos connaissances sur le SI :

– immunisation active = vaccin thérapeutique => créer les conditions d’un vaccin contre une cible moléculaire bien identifiée partant du constat que la tumeur exprime des cibles moléculaires analysables par PCR ou par immuno-histochimie. A partir de cette carte d’identité de la tumeur, on vaccine le patient contre sa propre tumeur en espérant lui donner les conditions pour créer un réponse immune anti tumorale suffisante. C'est une technique encore expérimentale, peu de médicaments en découlent de nos jours sauf pour la prostate.

– plus simple c'est la biothérapie cellulaire passive => ajouter les effecteurs du SI dirigés contre la cible tumorale (LT spécifiques, immunité innée …) insuffisamment présents chez le patient. Création d’un effet masse contre la tumeur en ajoutant des effecteurs.

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– on peut aussi améliorer le SI, en lui permettant de fonctionner mieux, en agissant sur les signaux positifs pour augmenter la réponse immune comme avec des anti-CTLA4, anti-PD1, anti-CD40, anti-4-IBB... C'est de l'immunomodulation. On fait cela grâce à un acteur agoniste qui crée une inflammation locale ou la survie/prolifération des lymphocytes. C'est un procédé connu en clinique. Anti-4-1BB augmente la survie des LB par exemple.

– inhiber les freins cellulaires/ les acteurs inhibiteurs. Dans toutes réponse immune, les mécanisme de rétrocontrôle s’activent en même temps que l’action pour limiter la prolifération immune. On cible les freins pour ne pas avoir de régulation négative et maintenir la prolifération des Lymphocytes.

– emploi de produits chimiques, les IMIDS, pour augmenter les fonctions des LT et de l'immunité inée donc plus de production de cytokines et donc plus de lyse cellulaire.

– combinaison des AC avec une stratégie cellulaire pour optimiser les capacités des AC et recruter les acteurs de la biothérapie cellulaire.

Il y a deux stratégies cellulaires utilisées en traitements expérimentaux :

- cellules qui expriment le récepteur TCD8 du peptide antigénique de la tumeur (passif, expandre ces cellules in vitro et injecter chez patient)

=> effecteurs immuns de l'immunité adaptative ou innée- combiner les thérapies génique et cellulaire :il y a deux composants

1) les cellules du patients (lymphocytes du patient augmentés in vitro pour en obtenir une centaine de millions puis transfectés avec un vecteur codant pour le récepteur T d’un antigène tumoral)

2) un composant trans-membranaire décomposable en trois parties distinctes : extracellulaire = fragment AC monoclonal Fab (domaine variable de chaines légères et lourdes donc en charge de la reconnaissance, comme par exemple AC19 contre les lymphomes) associé avec un domaine transmembranaire puis un troisième intracellulaire qui est encore un gène chimère combinant signal 1 et signal 2 donc il utilise un petit morceau du CD3 associé au récepteur T et une molécule de co-stimulation (ex CD28). Construction chimérique avec AC et signalisation 1 et 2.

=> cellules transduites avec un TcR ou un CAR.

Ces deux thérapies sont utilisables directement.

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G. Médicaments et vaccins.Historiquement :

Le premier essai (1985) avait pour but d'agir sur le SI pour expandre les cellules : par génie génétique obtention du gène de l'IL 2 (la cytokine connue à l’époque). Cette découverte a permis une grande avancée en thérapie cellulaire visant à la lutte contre le cancer car désormais la cellule lymphocytaire de patient prélevée (du sang ou du lit/micro-environnement de la tumeur) est ensuite bombardée par IL2 ex vivo. Cette stratégie est de moins en moins utilisée car c'est une stratégie très personnalisée qui demande donc beaucoup de logistique et un cout élevé avec des effets secondaires de l'IL2 importants sur le SI et imprévus sur les vaisseaux.

On a ensuite mené une réflexion différente sur la thérapie cellulaire : in vivo.IL 2 est injectée directement chez le patient. Ce qui donna des résultats mais cette stratégie fut arrêtée car les effets secondaires de l'IL2 sont très importants avec une activation trop profonde du lymphocytes (œdèmes nombreux dont pulmonaires). Cette stratégie serait donc à retravailler pour développer des formes atténuées de l'IL2.

Le vaccin a pour but d'activer les cellules immunes in vivo => stratégies multiples avec peu de résultats sauf Provenge dans le cancer de la prostate qui est une combinaison de thérapie cellulaire avec monocytes du patient cultivés et l'antigène du cancer de la prostate. Accepté et remboursé.

H. Antigènes associés aux Tumeurs (TAA) et Antigènes Spécifiques de Tumeurs (TSA)

On a pu identifier ces Ag à partir de sang ou de tumeur de patient isolée, mis en culture in vitro avec des facteurs de croissance essentiellement IL2. L'identification est possible quand on a la lignée complète issue du cancer (cela marche très bien pour le mélanome).On peut identifier un antigène porté par la tumeur par le biais du transcriptome. Vérifier la surexpression d’un gène dans une tumeur en considérant la présence de l’ARN et de la protéine. La capacité de l’antigène à être créé a partir de la protéine dépend du protéasome qui clive les protéines pour donner des peptides (l'équipement enzymatique doit être intact, transport vers le RE puis association avec HLA (CMH I)).

Il faut aussi que les sites d'ancrage dans les résidus du peptide soient présents et fonctionnels pour bien s’associer à HLA. Enfin il faut une expression en quantité importante d'HLA à la membrane pour que toutes les étapes de la production d'antigènes membranaires soit accomplies.

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On a donc identifié plusieurs catégories d’antigènes portés par la tumeur et ciblés par des vaccins :

– surexpression des antigènes créant une réponse immune (surtout quand il y a une tolérance d’antigène en faible dose sur la surface des cellules). En surexprimant ces antigènes, le SI les verra forcément et agira par l’atteinte du seuil de reconnaissance. En contrepartie, cet antigène peut avoir créé par lui même une tolérance même s'il est exprimé au-dessus du seuil de tolérance initial car c’est un antigène du soi donc dans cette optique là, la vaccination est inefficace. Donc la réponse immune trouve une limite de par la tolérance (contrebalance contre agent immunomodulateur) (à Droite sur la diapo)

– mutation des gènes dans les cancers (hétérogénéité au sein de certains cancer).

Par exemple, dans les leucémies une centaine de différences sont observées entre génome d’une tumeur leucémique et génome normal. Pour le mélanome, le cancer du poumon et autres, la différence par rapport au génome normal est entre 1000 et 10 000 mutations ponctuelles donc cela est relativement élevé. Ces différences sont, en plus, éventuellement vues par le SI. L'avantage majeur ici c'est que les mutations sont somatiques (créées au cours de l’évolution de la tumeur ou des traitements de chimiothérapie et de radiothérapies qui sont eux mêmes cytotoxiques) : l'apparition progressive des mutations les rend d'autant plus détectables par le SI in vivo. En effet, il n'y a pas de tolérance du SI vis-à-vis de ces mutations car elles sont normalement inconnues donc il n'y a pas eu d'élimination dans le thymus des LT qui les reconnaissent puisque ce n'est pas du soi à proprement parlé.

Du fait de la singularité de ces mutations, les vaccins doivent être multiples pour être adaptés à chaque patient dont il faudra aussi connaître les mutations géniques : tout ça c'est les inconvénients de cette thérapie avec en plus des risques de sélection de variants (à gauche sur la diapo).Les stratégies développées sont compliquées à manipuler et à contrôler.

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Comment activer des LT (exemple valables pour les autres lignées cellulaires) ? Quelles conditions faut-il in vitro ?

Il faut utiliser les LT du patient, activés soit par une cellule dendritique CPA soit des billes possédant une surface inerte où l'on positionne des AC monoclonaux dirigés contre CD3 pour le signal 1 et contre CD28 pour le signal 2 avec présence des IL2, 7, 15 et 21 dans le milieu de culture. Tout cela permet l'augmentation de la prolifération cellulaire et l'obtention de LT pouvant être soumis à des transfections avec :

– Soit le gène du récepteur T

– Soit un CAR (récepteur antigénique chimère) vL et vH couplé au dTM et…

Puis on réinjecte chez les patients et on contrôle la destruction tumorale.

CONCLUSIONIl y a plusieurs façons de considérer la biothérapie cellulaire :

– préparation injection (passif)- transplantation (stratégie ancienne et actuelle, éprouvée)

- autologue (passive étendue in vitro modifiée ou non)

- modification par thérapie génique avec acquisition d'un récepteur T spécifique d’un antigène ou stratégie du CAR (transduction gène chimère AC).

– expandre les cellules in vivo chez le patient - vaccin (piste ++++ mais pas encore de résultats)

– thérapie cellulaire créant un mélange avec des AC qui recrutent des effecteurs cellulaires mais le recrutement est plus direct par les AC bispecifiques → injection d'un AC avec deux Fab différents : un CD20 ou 19 qui reconnaît la tumeur et l’autre pour une cellule comme par exemple CD3 pour le LT ou CD16 pour le NK => il y a de nombreux médicaments qui ont cette action in vivo sur des effecteurs cellulaires présents de façon passive par rapprochement de la cible c'est-à-dire entre l'antigène de la cellule et une cellule tueuse du SI via le « pont » que constitue l'AC bispécifique.

Désolé pour les rares qui vont lire ce cours très pénible à (ap)prendre. Bon courage pour les exams.

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