CAR NK-сells for the treatment of hematological malignancies: A review

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Hematological malignant neoplasms include more than a hundred different subtypes and account for about 4.8% of all neoplastic diseases in Russia. Despite significant advances in diagnosis and treatment, many of them remain incurable. In recent years, cell-based therapy appears to be a promising approach to the treatment of these incurable hematologic malignancies, showing striking results in various clinical trials. The most studied and advanced cell therapy is the therapy with T-lymphocytes modified with chimeric antigen receptors (CAR). However, although the US Food and Drug Administration has approved CAR T cells for the treatment of B-cell lymphoma and acute lymphoblastic leukemia, significant problems remain in terms of production, cost, and serious side effects. An alternative to the use of T cells can be the use of innate immune cells, in particular natural killer cells (NK), which have a high antitumor potential. Recent studies have shown the antitumor efficacy of a therapy that uses genetically modified natural killer cells – CAR NK cells. The purpose of this review was to describe and systematize the experience of using CAR NK cells for the treatment of hematological neoplasms. The review presents the advantages and disadvantages of this method, as well as the problems that still have to be solved for its widespread introduction into clinical practice.

About the authors

Irina V. Gribkova

Research Institute for Healthcare Organization and Medical Management of Moscow Healthcare Department

Author for correspondence.
Email: igribkova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7757-318X
SPIN-code: 1559-3870
Scopus Author ID: 6603351859

Cand. Sci. (Biol.)

Russian Federation, Moscow

References

  1. Каприн А.Д., Старинский В.В., Петрова Г.В., и др. Злокачественные новообразования в России в 2018 году (заболеваемость и смертность). М.: МНИОИ им. П.А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 2019 [Kaprin AD, Starinskij VV, Petrova GV, et al. Zlokachestvennye novoobrazovaniya v Rossii v 2018 godu (zabolevaemost' i smertnost'). Moscow: MNIOI im. P.A. Gercena – filial FGBU «NMIC radiologii» Minzdrava Rossii, 2019 (in Russian)].
  2. DeSantis CE, Miller KD, Dale W, et al. Cancer statistics for adults aged 85 years and older, 2019. CA Cancer J Clin. 2019;69:452-67. doi: 10.3322/caac.21577
  3. Oostindie SC, van der Horst HJ, Kil LP, et al. DuoHexaBody-CD37((R)), a novel biparatopic CD37 antibody with enhanced Fc-mediated hexamerization as a potential therapy for B-cell malignancies. Blood Cancer J. 2020;10(3):30. doi: 10.1038/s41408-020-0292-7
  4. Bonello F, D’Agostino M, Moscvin M, et al. CD38 as an immunotherapeutic target in multiple myeloma. Expert Opin Biol Ther. 2018;18:1209-21. doi: 10.1080/14712598.2018.1544240
  5. Salles G, Barrett M, Foa R, et al. Rituximab in B-Cell Hematologic Malignancies: A Review of 20 Years of Clinical Experience. Adv Ther. 2017;34:2232-73. doi: 10.1007/s12325-017-0612-x
  6. Mori Y, Choi I, Yoshimoto G, et al. Phase I/II study of bortezomib, lenalidomide, and dexamethasone treatment for relapsed and refractory multiple myeloma. Int J Hematol. 2020;111:673-80. doi: 10.1007/s12185-020-02833-w
  7. Fathi E, Farahzadi R, Sheervalilou R, et al. A general view of CD33(+) leukemic stem cells and CAR-T cells as interesting targets in acute myeloblatsic leukemia therapy. Blood Res. 2020;55:10-6. doi: 10.5045/br.2020.55.1.10
  8. Lee HR, Baek KH. Role of natural killer cells for immunotherapy in chronic myeloid leukemia (Review). Oncol Rep. 2019;41:2625-35. doi: 10.3892/or.2019.7059
  9. Van Acker HH, Versteven M, Lichtenegger FS, et al. Dendritic Cell-Based Immunotherapy of Acute Myeloid Leukemia. J Clin Med. 2019;8:579. doi: 10.3390/jcm8050579
  10. Song W, Zhang M. Use of CAR-T cell therapy, PD-1 blockade, and their combination for the treatment of hematological malignancies. Clin Immunol. 2020;214:108382. doi: 10.1016/j.clim.2020.108382
  11. Грибкова И.В., Завьялов А.А. Терапия Т-лимфоцитами с химерным антигенным рецептором (CAR) В-клеточной неходжкинской лимфомы: возможности и проблемы. Вопросы онкологии. 2021;67(3):350-60 [Gribkova IV, Zavyalov AA. Chimeric antigen receptor T-cell therapy for B-cell non-Hodgkin lymphoma: opportunities and challenges. Voprosy onkologii. 2021;67(3):350-60 (in Russian)]. doi: 10.37469/0507-3758-2021-67-3-350-360
  12. Грибкова И.В., Завьялов А.А. CAR Т-клетки для лечения хронического лимфоцитарного лейкоза. Клиническая онкогематология. 2021;14(2):225-30 [Gribkova IV, Zavyalov AA. CAR T-cells for the treatment of chronic lymphocytic leukemia. Klinicheskaia onkogematologiia. 2021;14(2):225-30 (in Russian)]. doi: 10.21320/2500-2139-2021-14-2-225-230
  13. Боробова Е.А., Жеравин А.А. Натуральные киллеры в иммунотерапии онкологических заболеваний. Сибирский онкологический журнал. 2018;17(6):97-104 [Borobova EA, Zheravin AA. Natural killer cels in immunotherapy for cancer. Sibirskij onkologicheskij zhurnal. 2018;17(6):97-104 (in Russian)]. doi: 10.21294/1814-4861-2018-17-6-97-104
  14. Hu Y, Tian Zh, Zhang C. Chimeric antigen receptor (CAR)-transduced natural killer cells in tumor immunotherapy. Acta Pharmacologica Sinica. 2018;39:167-76. doi: 10.1038/aps.2017.125
  15. Orange JS. Natural killer cell deficiency. J Allergy Clin Immunol. 2013;132:515-25. doi: 10.1016/j.jaci.2013.07.020
  16. Xie G, Dong H, Liang Y, et al. CAR-NK cells: A promising cellular immunotherapy for cancer. EBioMedicine. 2020;59:102975. doi: 10.1016/j.ebiom.2020.102975
  17. Lanier LL. Up on the tightrope: natural killer cell activation and inhibition. Nat Immunol. 2008;9(5):495-502. doi: 10.1038/ni1581
  18. Hofland T, Eldering E, Kater AP, Tonino SH. Engaging Cytotoxic T and NK Cells for Immunotherapy in Chronic Lymphocytic Leukemia. Int J Mol Sci. 2019;20(17):4315. doi: 10.3390/ijms20174315
  19. Wang W, Erbe AK, Hank JA, et al. NK cell-mediated antibodydependent cellular cytotoxicity in cancer immunotherapy. Front Immunol 2015;6:368. doi: 10.3389/fimmu.2015.00368
  20. Vivier E, Raulet DH, Moretta A, et al. Innate or adaptive immunity? The example of natural killer cells. Science. 2011;331(6013):44-9. doi: 10.1126/science.1198687
  21. Zhang C, Hu Y, Shi C. Targeting Natural Killer Cells for Tumor Immunotherapy. Front Immunol. 2020;11:60. doi: 10.3389/fimmu.2020.00060
  22. Sun C, Sun HY, Xiao WH, et al. Natural killer cell dysfunction in hepatocellular carcinoma and NK cell-based immunotherapy. Acta Pharmacol Sin. 2015;36:1191-9. doi: 10.1038/aps.2015.41
  23. Habif G, Crinier A, Andre P, et al. Targeting natural killer cells in solid tumors. Cell Mol Immunol. 2019;16:415-22. doi: 10.1038/s41423-019-0224-2
  24. Bi J, Tian Z. NK Cell exhaustion. Front Immunol. 2017;8:760. doi: 10.3389/fimmu.2017.00760
  25. Wang W, Jiang J, Wu C. CAR-NK for tumor immunotherapy: Clinical transformation and future prospects. Cancer Lett. 2020;472:175-80. doi: 10.1016/j.canlet.2019.11.033
  26. Wang L, Dou M, Ma Q, et al. Chimeric antigen receptor (CAR)-modified NK cells against cancer: Opportunities and challenges. Int Immunopharmacol. 2019;74:105695. doi: 10.1016/j.intimp.2019.105695
  27. Rotolo R, Leuci V, Donini C, et al. CAR-Based Strategies beyond T Lymphocytes: Integrative Opportunities for Cancer Adoptive Immunotherapy. Int J Mol Sci. 2019;20:2839. doi: 10.3390/ijms20112839
  28. Boissel L, Betancur M, Wels WS, et al. Transfection with mRNA for CD19 specific huchimeric antigen receptor restores NK cell mediated killing of CLL cells. Leuk Res. 2009;33:1255-9. doi: 10.1016/j.leukres.2008.11.024
  29. Romee R, Schneider SE, Leong JW, et al. Cytokine activation induces human memory-like NK cells. Blood. 2012;120:4751-60. doi: 10.1182/blood-2012-04-419283
  30. Acharya UH, Dhawale T, Yun S, et al. Management of cytokine release syndrome and neurotoxicity in chimeric antigen receptor (CAR) T cell therapy. Expert Rev Hematol. 2019;12:195-205. doi: 10.1080/17474086.2019.1585238
  31. Bryceson YT, March ME, Ljunggren HG, Long EO. Activation, coactivation, and costimulation of resting human natural killer cells. Immunol Rev. 2006;214:73-91. doi: 10.1111/j.1600-065X.2006.00457.x
  32. Olson JA, Leveson-Gower DB, Gill S, et al. NK cells mediate reduction of GVHD by inhibiting activated, alloreactive T cells while retaining GVT effects. Blood. 2010;115:4293-301. doi: 10.1182/blood-2009-05-222190
  33. Oberschmidt O, Kloess S, Koehl U. Redirected Primary Human Chimeric Antigen Receptor Natural Killer Cells as an “off-the-Shelf Immunotherapy” for Improvement in Cancer Treatment. Front Immunol. 2017;8:654. doi: 10.3389/fimmu.2017.00654
  34. MacKay M, Afshinnekoo E, Rub J, et al. The therapeutic landscape for cells engineered with chimeric antigen receptors. Nat Biotechnol. 2020;38(2):233-44. doi: 10.1038/s41587-019-0329-2
  35. Tang X, Yang L, Li Z, et al. First-in-man clinical trial of CAR NK-92 cells: safety test of CD33-CAR NK-92 cells in patients with relapsed and refractory acute myeloid leukemia. Am J Cancer Res. 2018;8(6):1083-9.
  36. Liu E, Marin D, Banerjee P, et al. Use of CAR-Transduced Natural Killer Cells in CD19-Positive Lymphoid Tumors. N Engl J Med. 2020;382(6):545-53. doi: 10.1056/NEJMoa1910607
  37. Liu E, Tong Y, Dotti G, et al. Cord blood NK cells engineered to express IL-15 and a CD19-targeted CAR show long-term persistence and potent antitumor activity. Leukemia. 2018;32(2):520-31. doi: 10.1038/leu.2017.226
  38. Li Y, Hermanson DL, Moriarity BS, Kaufman DS. Human iPSC-Derived Natural Killer Cells Engineered with Chimeric Antigen Receptors Enhance Anti-tumor Activity. Cell Stem Cell. 2018;23(2):181-92.e5. doi: 10.1016/j.stem.2018.06.002
  39. Pfefferle A, Huntington ND. You Have Got a Fast CAR: Chimeric Antigen Receptor NK Cells in Cancer Therapy. Cancers. 2020;12:706. doi: 10.3390/cancers12030706
  40. Quintarelli C, Sivori S, Caruso S, et al. Efficacy of third-party chimeric antigen receptor modified peripheral blood natural killer cells for adoptive cell therapy of B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia. Leukemia. 2020;34(4):1102-15. doi: 10.1038/s41375-019-0613-7
  41. van Ostaijen-ten Dam MM, Prins HJ, Boerman GH, et al. Preparation of Cytokine-activated NK Cells for Use in Adoptive Cell Therapy in Cancer Patients: Protocol Optimization and Therapeutic Potential. J Immunother. 2016;39(2):90-100. doi: 10.1097/CJI.0000000000000110
  42. Domogala A, Madrigal JA, Saudemont A. Cryopreservation has no effect on function of natural killer cells differentiated in vitro from umbilical cord blood CD34(+) cells. Cytotherapy. 2016;18(6):754-9. doi: 10.1016/j.jcyt.2016.02.008
  43. Shah NN, Baird K, Delbrook CP, et al. Acute GVHD in patients receiving IL-15/4-1BBL activated NK cells following T-cell-depleted stem cell transplantation. Blood. 2015;125(5):784-92. doi: 10.1182/blood-2014-07-592881

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Chimeric antigen receptor – CAR.

Download (116KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Consilium Medicum

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».