University of Groningen
Design and delivery strategies of alphavirus replicon-based cervical cancer vaccines
van de Wall, Marie-Nicole Stephanie
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date: 2018
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
van de Wall, M-N. S. (2018). Design and delivery strategies of alphavirus replicon-based cervical cancer vaccines. Rijksuniversiteit Groningen.
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Nederlandse Samenvatting
Curriculum Vitae
Acknowledgements
Nederlandse samenvatting
Achtergrond en doel van het onderzoek
Sommige vormen van kanker worden veroorzaakt door een infectie met virussen, bacteriën of andere micro-organismen. Een goed voorbeeld hiervan is baarmoederhalskanker. Epidemiologische en experimentele studies hebben aangetoond dat een infectie met het humaan papillomavirus (HPV) kan leiden tot deze vorm van kanker.
In Nederland komt deze gynaecologische kanker niet veel voor onder andere dankzij het bevolkingsonderzoek baarmoederhalskanker. Hierdoor wordt in Nederland een groot deel van de vrouwen met een voorstadium van baarmoederhalskanker gediagnosticeerd en behandeld waarmee kanker kan worden voorkomen. Wereldwijd is baarmoederhalskanker de vierde meest voorkomende kanker bij vrouwen.
Er zijn minimaal 13 hoog-risico HPVs die kunnen leiden tot kanker. Ongeveer 70% van de gevallen van baarmoederhalskanker worden veroorzaakt door twee van deze hoog risico typen, HPV 16 en HPV18. Er zijn effectieve profylactische HPV-vaccins beschikbaar die zijn opgenomen in het rijksvaccinatieprogramma. Deze vaccins zijn niet in staat het immuunsysteem aan te zetten om al aanwezige (voorstadia van) kanker op te ruimen.
De standaardbehandeling voor baarmoederhalskanker bestaat uit chirurgie, en /of chemoradiotherapie. Om velerlei redenen is er behoefte aan een alternatieve benadering voor de behandeling van bestaande (voorstadia) van baarmoederhalskanker, immunotherapie zou daarin een belangrijke rol kunnen vervullen.
Immunotherapie helpt het immuunsysteem van de patiënt om kankercellen te vernietigen. Momenteel worden meerdere immunotherapieën onderzocht op hun toepasbaarheid bij baarmoederhalskanker. Een van de vormen van immuuntherapie is een therapeutisch vaccin. Deze therapeutische vaccins zijn over het algemeen gericht tegen de eiwitten E6 en E7 van de hoog-risico HPVs. Deze eiwitten zijn namelijk verantwoordelijk voor de transformatie van normale cellen in kwaadaardige cellen.
Er zijn vaccins die werken op basis van peptiden, maar er zijn ook vaccins die werken op basis van recombinante eiwitten, DNA of RNA, autologe cellen (dendritische cellen, tumorcellen of T-cellen) en bacteriële- of virale vectoren. Wij ontwikkelden een vaccin op basis van een alfavirus, het zogenaamde Semliki Forest virus (SFV).
In dit proefschrift beschrijven we de preklinische en klinische ontwikkeling van dit SFV-replicon vaccin en de ontwikkeling van een nieuw SFV-DNA-vaccin. Vervolgens introduceren we alternatieve strategieën voor immuuntherapie zoals combinaties van behandelingen en toediening van vaccins via de huid. Ten slotte bespreken we markers die immuunreacties op nieuwe behandelingen kunnen voorspellen en volgen.
Netherlandse samenvatting Netherlandse samenvatting
220
Ontwikkeling en klinische toepassing van therapeutische SFV-replicon vaccins
We hebben het SFV-virus zodanig aangepast dat het na infectie van een cel geen nieuw virus kan maken. Er is dus slecht één ronde van infectie na injectie. Ook zijn de structurele genen van SFV vervangen door genen die coderen voor de E6 en E7 eiwitten van HPV (SFVeE6,7). Na infectie van een cel met SFVeE6,7 replicon partikels produceert deze cel een grote hoeveelheid E6 en E7. Als gevolg van de infectie gaat de cel dood. De resten van de cel worden opgenomen door antigeen-presenterende cellen. Zij presenteren de antigenen van E6 en E7 aan het immuunsysteem. En vervolgens genereert het immuunsysteem cellen die, heel specifiek, kankercellen doden die zijn getransformeerd door HPV.
De vaccins die wij in dit proefschrift beschrijven zijn gebaseerd op zowel virale vectorstrategieën als op DNA-vectorstrategieën. Beide vaccins coderen voor een fusie-eiwit van E6 en E7 van HPV16.
In eerdere studies hebben we aangetoond dat het SFVeE6,7 vaccin een zeer sterke en langdurige immuunrespons genereert. Het klinisch testen van dit vaccin was de volgende uitdaging. In hoofdstuk 2 leest u welke stappen we ondernamen om het SFVeE6,7 vaccin zodanig te produceren dat het geschikt zou zijn voor toediening aan mensen. Cruciaal hierbij was het verhogen van de biosafety. Hiertoe hebben we de structurele genen van SFV coderend voor de spike- en capside-eiwitten gesplitst en deze gecloneerd in twee afzonderlijke RNA's, de zogenaamde helper-RNA's. Door de genen van beide structurele eiwitten te splitsen, maken we het als het ware onmogelijk dat er virussen gegenereerd worden die in staat zijn om zich voort te planten. Vervolgens is het productie- en zuiveringsprotocol verder aangepast en is het vaccin in de Biotech-unit van de apotheek van het UMCG geproduceerd. De vaccin batch, inmiddels VVax001 genoemd, is uitvoerig getest in toxicologie studies en daarnaast is ook onderzocht of het een even hoge antitumor activiteit had als het oorspronkelijke laboratoriumvaccin. Dit bleek het geval. Zoals we verwachten werden er ook geen bijwerkingen waargenomen. Maar wél zagen we een krachtige immuniteit tegen HPV in een baarmoederhalskanker-model bij muizen. De klinische fase I-studie is vorig jaar gestart met Vvax001. Resultaten van deze studie zullen in de loop van 2018 beschikbaar komen.
Naast dit virale SFV-vaccin hebben we onderzocht of we een even effectief DNA-vaccin konden maken. Het voordeel van een DNA-vaccin is dat het eenvoudiger en goedkoper
te produceren is dan een viraal vaccin en dat het vaccin niet bij -80 oC bewaard hoeft
te worden. Echter een van onze eisen is dat het wel een vergelijkbare immuunrespons moet opwekken; in het algemeen zijn DNA-vaccins minder effectief. Daarom hebben we een DNA-vaccin ontworpen op basis van het SFV-genoom. Dit DNA wordt na opname in een cel vertaald naar RNA en vervolgens zal in de cel dezelfde processing van het RNA plaatsvinden als na een virale infectie met het SFV-vaccin. Dit 2de generatie vaccin hebben
DREP is intradermaal toegediend gevolgd door een korte in vivo elektroporatie. Op deze manier toegediend kan het DNA cellen binnendringen. We laten zien dat DREP een veel betere immuunrespons opwekte in vergelijking met een conventioneel DNA-vaccin dat niet op SFV is gebaseerd. De immuunresponsen waren krachtig genoeg om tumorgroei te verminderen; 70% van de muizen was tumorvrij met een dosis zo laag als 50 nanogram. Vergelijkbaar met conventionele DNA-vaccins een heel lage dosis en een hoge effectiviteit. Echter, de antitumor activiteit opgewekt in muizen met het virale SFV-vaccin is nog hoger. Om te onderzoeken of de immunogeniciteit van DREP verder verhoogd kan worden, introduceerden we daarom een reeks helper-T-cel epitopen in het vaccin, helaas leidde dit niet tot een verdere verhoging van de antitumor respons.
Samenvattend. Hoofdstuk 2 en hoofdstuk 3 laten zien dat onze SFV-vaccins zeer beslist potentiële kandidaten zijn voor klinische onderzoeken.
Kan de effectiviteit van SFV-replicon vaccins nog verder verhoogd worden?
Om immuuntherapieën te versterken kan hulp nodig zijn in de vorm van immunomodulatoren. Hoofdstuk 4 geeft een samenvatting van de recente literatuur met betrekking tot verschillende immunomodulatoren die de HPV-specifieke immuniteit van immunotherapeutische strategieën kan versterken.
Tumoren ontwikkelen in de loop van de tijd verschillende mechanismen om afweer door het immuunsysteem te onderdrukken, zogenaamde immuunsuppressie. Tumoren bevatten vaak immunosuppressieve cellen zoals regulerende T-cellen (Treg) en myeloïde suppressorcellen (MDSC). Daarnaast brengen tumorcellen bepaalde receptoren tot expressie die de afweer kunnen onderdrukken. Voorbeelden hiervan zijn geprogrammeerde celdood-receptor 1 (PD-1) en cytotoxisch T-lymfocyt-geassocieerd antigeen 4 (CTLA-4).
In hoofdstuk 5 beschrijven we onderzoek naar combinaties van het SFV-eE6,7 vaccin met een antilichaam gericht tegen PD-1. De combinatie lijkt niet te leiden tot een verhoging van het antitumor effect maar vervolgonderzoek is nodig naar het effect van de volgorde en duur van toediening.
Immuunresponsen kunnen ook beïnvloed worden door de toedieningsroute. In ons onderzoek hebben we SFV-vaccins niet alleen in de spier toegediend maar óók in de huid. De huid is namelijk een aantrekkelijke plaats vanwege de vele antigeen-presenterende cellen. In hoofdstuk 3 las u hoe we DREP in de huid toedienden, gevolgd door elektroporatie. Er zijn ook andere methodes om medicijnen toe te dienen in de huid. Voorbeelden zijn ‘gene-gun’, micronaaldjes en tattoo-naalden. Anderen toonden eerder aan dat deze wijze van toediening de immuunresponsen van DNA-vaccins verhogen. We hebben daarom onderzocht of ons SFV-vaccin, wat we standaard in de spier inspuiten, ook met tattoo-injectie in de huid toegediend kan worden. De toedieningmethode bleek niet erg efficiënt, een 10-voudig lagere antigeenexpressie in vergelijking met intramusculaire
Netherlandse samenvatting Netherlandse samenvatting
222
injectie. Ondanks dit verschil wekte beide toedieningsroutes vergelijkbare HPV-specifieke immuunresponsen op. Intradermale injectie via tatoeëring lijkt dus te leiden tot een intrinsiek hogere immuun activatie maar de toediening is minder efficiënt dan intramusculaire injectie waardoor het netto-effect vergelijkbaar is.
Karakterisatie tumor infiltrerende immuuncellen
Naast de studies aan kanker vaccinatie hebben we ook onderzocht of er in baarmoederhalskankers specifieke tumor infiltrerende T cellen (TILs) zitten die correleren met een betere prognose. Dit zou betekenen dat als we deze cellen specifiek kunnen bereiken we wellicht de immuuntherapie nog verder kunnen versterken.
In eerdere studies, door ons en anderen, is aangetoond dat een hoge infiltratie van CD8 + TILs geassocieerd is met ziekte-specifieke overleving. In hoofdstuk 7 en 8 laten we zien dat ook de aanwezigheid van CD27+ en CD103+ TILs in de tumor correleren zijn met een betere overleving van patiënten met baarmoederhalskanker. In “vroeg-stadium-patiënten” die primair werden behandeld met bestraling, was de subset CD27+ TILs geassocieerd met een prognostisch voordeel. Deze subset blijkt ook voorspellend voor respons op (chemo) radiotherapie en is een betere voorspeller dan andere TIL-subsets (CD8 + of FoxP3 +) voor ziektespecifieke overleving. CD103 + TIL bleek ook een onafhankelijke prognostische marker voor ziekte-specifieke overleving. Deze resultaten geven aan dat we tumor-reactieve TIL subsets kunnen gebruiken voor de stratificatie van patiënten voor specifieke behandelingsregimes, of het nu gaat om standaardtherapie, immunotherapie of een combinatie. Het kan ook van belang zijn om het effect van de behandeling op TIL-infiltratie vóór en na de behandeling te evalueren.
Natuurlijk willen we graag vaststellen in hoeverre immuuntherapie veranderingen in het kankerweefsel veroorzaakt. Je wilt dat bij voorkeur niet invasief doen. Daarom zijn nieuwe hulpmiddelen ontwikkeld. In hoofdstuk 9 beschrijven we hoe we de infiltratie en activering van T-cellen in organen volgden met behulp van een recent ontwikkelde positron emissie tomografie (PET) tracer. Deze tracer bindt specifiek aan geactiveerde T-cellen via de interleukine-2 (IL-2)-receptor. Tumoren, milt en drainerende lymfeknopen van muizen geïmmuniseerd met het SFV-vaccin en lokale tumorbestraling hadden de hoogste traceropname vergeleken met groepen met alleen immunisatie of bestraling. Verder bleek dat de infiltratie van IL2 + TIL afhankelijk is van chemokine receptor type 4 (CXCR4) omdat verminderde traceropname werd waargenomen na toediening van een CXCR4-antagonist AMD3100. Deze studie suggereert dat [18F] -FB-IL2 PET een effectieve biomarker kan zijn die we kunnen gebruiken voor niet-invasieve monitoring van de respons op nieuwe immunotherapeutica in de kliniek.
Concluderend
Dit proefschrift beschrijft de voorbereidingen voor een klinische studie met een therapeutisch vaccin gericht tegen baarmoederhalskanker. Daarnaast worden er studies beschreven naar de ontwikkeling van een nieuw vaccin en het effect van alternatieve toedieningsroutes van beide vaccins. Beide benaderingen leveren interessante resultaten
op die opvolging van het onderzoek rechtvaardigen.
Naast deze studies aan kanker vaccins is de invloed van de aanwezigheid van specifieke immuuncellen in de tumor op de prognose onderzocht. Vervolgonderzoek zal uitwijzen of de markers die we identificeerden ook als biomarkers gebruikt kunnen worden voor de selectie van patiënten voor bepaalde immuuntherapieën van baarmoederhalskanker.
En tot slot beschrijven we een onderzoek naar een methode om de infiltratie van geactiveerde immuuncellen zichtbaar te maken met behulp van PET. Deze methode maakt het mogelijk om op een niet-invasieve manier te onderzoeken of immuuntherapie of een kankervaccin immuuncellen activeert en deze geactiveerde immuuncellen daadwerkelijk naar de tumor migreren. Op geleide van de gegevens die verkregen worden met een PET-scan kan het effect van immuuntherapie op korte termijn geëvalueerd en zo nodig aangepast worden.
Curriculum vitae
Personal information
Name Marie-Nicole Stephanie van de Wall
Date and place of birth 7th March 1987, Voorburg
E-mail address svdwall87@gmail.com
Work experience
May 2017-current Postdoc, Department of Radiation Oncology
Radiotherapy & Oncoimmunology Laboratory
Radboud University Medical Center
Education
Nov 2011-March 2018 PhD, Department of Medical Microbiology
Tumor Virology & Cancer Immunotherapy
University Medical Center Groningen
Sep 2009-Dec 2011 MSc, Infection and Immunity
Utrecht University
Aug 2005-July 2009 BSc, Biological Sciences with Infectious Diseases
University of Edinburgh
Publications
1. Potent therapeutic efficacy of an alphavirus replicon DNA vaccine expressing human papilloma virus E6 and E7 antigens. van de Wall S, Ljungberg K, Ip PP, Boerma A,
Knudsen ML, Nijman HW, Liljeström P, Daemen T. Submitted
2. HPV-specific immunotherapy: key role for immunomodulators. van de Wall S, Nijman HW, Daemen T. Anti-Cancer Agents Med Chem. 2014 Feb;14(2):265-79.
3. Tattoo delivery of a Semliki Forest virus-based vaccine encoding human papillomavirus E6 and E7. van de Wall S, Walczak M, van Rooij N, Hoogeboom B, Meijerhof T, Nijman HW, Daemen T. Vaccines. 2015 Mar;3(2):221-38.
4. CD103+ tumor-infiltrating lymphocytes are tumor-reactive intraepithelial CD8+ T cells associated with prognostic benefit and therapy response in cervical cancer.
Komdeur FL, Prins TM, van de Wall S, Plat A, Wisman BA, Hollema H, Daemen T, Church
DN, de Bruyn M, Nijman HW. Oncoimmunology. 2017 Jul 24;6(9)e1338230.
5. Noninvasive monitoring of cancer therapy-induced activated T cells using [18F]FB-IL-2 PET imaging. Hartimath SV, Draghiciu O, van de Wall S, Manuelli V, Dierckx RAJO, Nijman HW, Daemen T, de Vries EFJ. Oncoimmunology. 2016 Nov 18;6(1):e1248014.
Acknowledgements
The thesis would not have been made possible without the contribution of a significant number of people. I am deeply grateful to those who 'designed' the path for my profes-sional and personal development throughout the PhD, culminating in the 'delivery' of this thesis.
Toos, my first promoter. Thank you for granting me the opportunity to do a PhD, for all
your patience and help in the completion of this thesis. I highly appreciated your guid-ance and how we could discuss work at a moment’s notice. Also, thank you for your en-couragement regarding one of my main passions: public speaking, including both work and non-work related competitions. I will never forget your advice for conquering any presentation: “place your hands behind your head with pride!”
Hans, my co-promoter. Thank you for all your patience and direct, as well as indirect,
sup-port. Due to your infectious, positive nature and enthusiasm, I never once left our meet-ings thinking in problems, only challenges.
Peter and Karl, my Sweden collaborators. Thank you for opening up the possibility for the
DREP project to become a success. The much-needed facilities and your input made the several trips to and from Karolinska all worth it.
Marco & Fenne, thank you for the collaboration that resulted in more publications.
Al-though I regret that we weren’t in the same department, I appreciated how our meetings inspired a nice knowledge exchange.
Peng, I have learned so much from you. Thank you for all your advice and sound judgment
regarding the experiments. Your leadership and style was nothing short of inspirational.
Annemarie, Baukje Nynke & Joke, I am immensely grateful for all the technical help
throughout the PhD. And thank you for your patience in continuously communicating with me in a "foreign" language. Dit proefschift zou niet mogelijk zijn geweest zonder jouw ondersteuning. Bedankt voor alles!
Janneke Meulenberg and the Vicinivax team, thank you for a fruitful collaboration and
I wish you all the success for the future of Vvax001.
Marijke, Jacqueline, Denise & Heidi, thank you for all your technical support and for
making sure everything ran smoothly in the lab.
Tjarko & Kenth, thank you for all your help with animal experiments. Your invaluable
technical experience was the driving force that made the science possible.
Jolanda Smit, Iza, Aalzen, Maaike, Adriana, Anke & Jan, thank you for all your gripping
Acknowledgements Acknowledgements
228
To my students: Rene, Laura, Georgia, Francien, Daniel, Eli & Dina, thank you for all
your help with experiments and for crafting my skills as a supervisor.
To the reading committee, thank you for carefully reading and assessing my thesis. Jolanda Oldengarm-Leidelmeijer, your kindness and help with all the administrative
issues were immensely valued. Thank you for putting up with my endless questions and for just being there.
Cesar, the much-needed post doc. You came to the lab to experience what I can only
describe as the two (interesting?) phases of my PhD: 1) when my stress level had reached beyond measure and 2) for the happy ending. Thanks for all your personal and profes-sional advice during both phases. Those encouraging words of yours will always resonate with me: “If you want, you can.”
Julia, the party planner. You were the glue that brought all the students together and the
PhD certainly got more fun once you arrived. Thanks for your friendship and all the best of luck for the next phase in your career. And who knows, maybe I'll be joining you in the US soon.
Maartje (my fellow Canadian), Jacky (the pun(ctual) colleague), Pepe (♫ the wart song ♫), Alfredo, John, Yoshita, Amrita, Tabitha, Vanesa, Federica, Dong-Wei, Berit, Ellen, Vin-it, Zoraida, George, Shafique, Tobias, Natalija, Silvia, Oana, Harshad, Mayra, Aurora, Gabriela and Lili, thank you for all the nice time we shared in and outside of the lab from
dinners, borrels, Texel trip, and other gatherings. As an international department, I felt very much at home in the workplace.
Mareike and Mariana, my dearest friends. We were the dynamic trio that, no matter what
pickle we were in, could always count on each other. Thank you for the numerous get-togethers, good laughs, NL excursions and for simply lending an ear. Also, thank you for introducing me to the wonderful world of motherhood; something I most certainly look forward to.
Georgia, my coffee-addicted companion. What started out as a student-teacher battle
ended in close, ever-lasting friendship. We supported each other through the highs and lows over coffee and...well, more coffee. I could not be more proud with you as paranymph and I wish you all the luck and happiness for your future career. Keep going with your kind nature and tenacious spirit, as I am certain that you are destined for great things.
Kathryn, the supporter across the North Sea. Thank you for your friendship over the last
10+ years and for your encouragement during the "I'm fine, I'm fine, I'm fine" moments, from the late-night cram sessions at Edinburgh Uni until the PhD defense. It was a plea-sure to join you and Josh on your special day and I thank you both for joining mine.
To my family, thank you for all your support emanating from all corners of the globe.
And especially to my parents, for the opportunities you've given me and for exposing me to the best education provided country to country. I wouldn’t be where I am today if it weren’t for you. And whether or not I continue to pursue the nomad lifestyle, always remember, wherever you are, that's my home.
And last but not least, I want to thank the person whose presence brought sunlight each and every day, whose immeasurable kindness taught me that being humble is the key to being successful, whose love and support gave me the courage to strive for a bright future and whose passion for scientific research reignited the spark in mine. Beto, this is all for you.
