IL-15 dendritic cells induce potent activation of natural killer cells: towards the design of an improved dendritic cell vaccine

Het interleukine-15 dendritische celvaccin:

rekrutering van het aangeboren immuunsysteem in de strijd tegen kanker

Sinds de ontdekking van de dendritische cel door Ralph Steinman 40 jaar geleden en de alsmaar groeiende kennis over haar rol in het bestrijden van kanker, staat deze dirigent van het immuunsysteem centraal in de ontwikkeling van kankervaccinatiestrategieën. De Tumorimmunologiegroep van het Laboratorium voor Experimentele Hematologie aan de Universiteit Antwerpen heeft een veelbelovend vaccin ontwikkeld dat in staat is om het verworven immuunsysteem te mobiliseren, om zelf kankercellen te doden en om – aangetoond met dit eindwerk – ook de aangeboren “killercellen” te activeren. Deze bevindingen creëren nieuwe inzichten over hoe het immuunantwoord in kankerpatiënten kan versterkt worden met behulp van dendritische celvaccinatie.

Immuuntherapie, ofwel het aanwenden van het eigen immuunsysteem van de patiënt voor therapeutische doeleinden, is aan een belangrijke opmars bezig binnen de behandeling van kanker en is in toenemende mate een plaats aan het veroveren naast de drie conventionele vormen van kankertherapie: heelkunde, chemotherapie en radiotherapie. Aan de basis van deze therapievorm ligt de kennis dat zowel het aangeboren (eerstelijnsafweer) als het adaptief (verworven) immuunsysteem in staat zijn om kankercellen als lichaamsvreemde cellen te herkennen en te elimineren. Kankercellen kunnen echter ontsnappen aan de controle van het immuunsysteem door zichzelf te “vermommen” zodat ze niet als doelwit herkend worden door de immuuncellen of door actief de werking van het immuunsysteem te blokkeren. Het doel van immuuntherapie is dan ook om de kracht van het antitumoraal immuunantwoord te herstellen of te versterken.

Een veelbelovende vorm van immuuntherapie is vaccinatie met tumorantigeengeladen dendritische cellen (DC). Tumorantigenen zijn lichaamsvreemde of vervormde lichaamseigen moleculen op tumorcellen die afweermechanismen in gang kunnen zetten. Dendritische cellen beschikken over het unieke vermogen om antigenen te verwerken en te presenteren aan T-cellen, de elitetroepen van ons adaptieve immuunsysteem. T-cellen leren dan op die manier om tumorcellen gericht (d.i. antigeenspecifiek) op te sporen en te elimineren.

De concentratie aan DC in de bloedcirculatie is laag waardoor het niet haalbaar is om DC in voldoende hoge aantallen rechtstreeks uit het bloed te isoleren om kankervaccins te bereiden. Daarom worden DC meestal buiten het lichaam gekweekt vanuit monocyten (voorlopercellen van DC) die wel in voldoende hoge aantallen circuleren in het bloed (figuur 1). Deze monocyten kunnen in het laboratorium worden uitgerijpt tot DC, die vervolgens geactiveerd en geladen kunnen worden met één of meer tumorantigenen om T-cellen specifiek te onderwijzen tegen kanker. Na dit DC vaccinbereidingsproces kunnen de cellen opnieuw toegediend worden bij de patiënt.

In de huidige klinische trials wordt hoofdzakelijk gebruik gemaakt van zogenaamde ‘interleukine-4 DC’. Deze studies hebben aangetoond dat DC-vaccinatie veilig is en dat het adaptief immuunsysteem van de patiënt gemobiliseerd kan worden om kankercellen aan te vallen. De groep patiënten die effectief genezen wordt verklaard na interleukine-4 DC-vaccinatie blijft echter beperkt (zelden meer dan 15%), hetgeen de noodzaak onderstreept van een verdere verbetering van de DC-vaccinbereidingsprocedure. Het is in deze context dat de Tumorimmunologiegroep van het Laboratorium voor Experimentele Hematologie van de Universiteit Antwerpen de afgelopen jaren gewerkt heeft aan een nieuw, verbeterd DC-vaccinbereidingsprotocol. Van deze zogenaamde ‘interleukine-15 DC’ is door onze onderzoeksgroep aangetoond dat zij zelf tumorceldodende eigenschappen hebben, in tegenstelling tot de huidige interleukine-4 DC, en dat ze daarnaast eveneens beschikken over een krachtiger vermogen om adaptieve tumorantigeenspecifieke T-cellen te stimuleren.

Tot op heden is er relatief weinig bekend over de capaciteit van DC-vaccins om het aangeboren immuunsysteem, met als centrale spelers de “natural killer” (NK)-cellen, te activeren. NK-cellen beschikken over de belangrijke eigenschap om onderscheid te maken tussen gezonde lichaamseigen cellen en cellen onder fysiologische stress, zoals kankercellen, zonder dat ze hiervoor eerst antigenen moeten leren herkennen. Zoals hun naam al doet vermoeden, kunnen ze deze zieke en lichaamsvreemde cellen ook doden. Met de groeiende kennis over het cruciaal belang van de celdodende en immuunregulerende activiteiten van NK-cellen in de ontwikkeling van antitumoractiviteit, was het doel van deze studie om de effecten van de huidige interleukine-4 DC en de nieuwe interleukine‑15 DC op NK-cellen in vitro (in het laboratorium en niet in de patiënt) te onderzoeken.

De experimenten werden uitgevoerd in een model van acute myeloïde leukemie, een agressieve bloedkanker die een zeer slechte prognose kent ondanks bestaande behandelingen. Eén van de voornaamste redenen hiervan is dat het merendeel van de patiënten – ondanks behandeling met chemotherapie – hervalt. De resultaten van dit laboratoriumonderzoek tonen aan dat NK-cellen beter worden geactiveerd door de alternatieve interleukine-15 DC dan door de klassieke interleukine-4 DC. In een eerste fase werd het aantrekkingsvermogen van NK-cellen door DC geëvalueerd. De mogelijkheid dat cellen in elkaars nabijheid komen is van belang voor het tot stand brengen van celinteracties en daaruitvolgende celactivatie. Onze resultaten tonen aan dat interleukine-15 DC, in tegenstelling tot interleukine-4 DC, NK-cellen effectief kunnen aantrekken. In een tweede fase werden uiterlijke kenmerken die geassocieerd worden met NK-celactivatie opgevolgd voor en na interactie met DC. Hieruit blijkt dat interleukine-4 DC slechts minimale veranderingen veroorzaken bij NK-cellen. Interleukine-15 DC daarentegen, blijken krachtige promotoren te zijn van een gunstig NK-celuiterlijk. Dit wordt weerspiegeld door een verhoogde expressie van activerende receptoren die betrokken zijn bij de vernietiging van leukemiecellen door NK-cellen. In een derde en laatste fase werd de effectieve celdodende capaciteit van NK-cellen na interactie met DC onderzocht. Deze resultaten tonen aan dat NK-cellen na contact met interleukine-15 DC, maar niet met interleukine-4 DC, niet alleen zeer efficiënt leukemiecellen vernietigen, maar ook in staat zijn om tumorcellen te elimineren die anders resistent zijn aan vernietiging door NK-cellen. Bovendien tonen we aan dat de interleukine-15 DC geen ongewenste vernietiging van lichaamseigen cellen veroorzaken, wat zeer belangrijk is in de context van veilige immuuntherapie.

Uit dit thesisonderzoek kunnen we concluderen dat de nieuw ontwikkelde interleukine-15 DC op een veilige en efficiënte manier, naast een T-celstimulerend en direct celdodend vermogen, NK-cellen van het aangeboren immuunsysteem kunnen activeren. Deze bevindingen creëren nieuwe inzichten over hoe het immunantwoord in kankerpatiënten kan versterkt worden met behulp van dendritische celvaccinatie. De resultaten van deze thesis zijn dan ook een zeer belangrijke stap voorwaarts in het verbeteren van de huidige DC-vaccinbereidingsprotocols.