Chemioterapia, farmaci a bersaglio molecolare ed immunoterapia cellulare nei sarcomi in stadio avanzato: modello preclinico di approccio integrato

Introduction and aims: Advanced soft tissue sarcomas (STS) have severe prognosis and no reasonable therapeutic options. In this work we evaluated an integrated approach based on the combination of chemotherapy (trabectedin) and targeted-therapy (olaparib) with adoptive immunotherapy with Natural Killer (NK) cells against STS cell lines. Experimental design and results: Flow cytometry analysis revealed that STS cells: MES-SA and DMR (leiomyosarcoma) and HT-1080 (fibrosarcoma) expressed NK-activating ligands (MICA/B, ULBPs, CD112, CD155) in standard conditions and the treatment with trabectedin+olaparib maintained or increased these levels. To study the effect of adoptive cell therapy in vitro we used NK-92 cell line expressing high levels of activation receptors NKG2D and DNAM-1. Using cytotoxicity assays in vitro we observed that STS cells surviving trabectedin+olaparib treatment could be killed by NK-92 and they were more sensitive than untreated cells (control cells). Furthermore we studied a subpopulation of tumor cells with putative stem-like properties (CSCs) based on expression marker OCT-4. We demonstrated that 72h exposure of trabectedin alone or in combination with olaparib caused a relative increase of CSCs in MES-SA, DMR, HT-1080. The subsequent coculture with NK-92 cells did not change significantly the percentage of OCT-4 positive cells supporting their relative resistance to chemotherapy but sensitivity to immunotherapy. Conclusions: NK based adoptive immunotherapy was effective against STS cells surviving to trabectedin+olaparib therapy that expressed high levels of NK cell-activating ligands. In addition NK cell therapy acted on supposed CSCs, relatively chemoresistant and enriched after trabectedin+olaparib treatment. Our results support the potential efficacy of trabectedin+olaparib treatment followed by HLA-independent cell adoptive immunotherapy with NK cells against STS. This integrated approach warrants further investigations both in vivo and in clinical settings.

Introduzione e obiettivi: I sarcomi dei tessuti molli in stadio avanzato (STS) sono caratterizzati da una prognosi infausta e al momento non esistono opzioni terapeutiche risolutive. Il presente lavoro ha lo scopo di valutare l’attività preclinica di un approccio integrato di immunoterapia adottiva con cellule Natural Killer (NK) e la combinazione di chemioterapia con trabectedina e terapia a bersaglio molecolare con olaparib contro linee cellulari di STS. Disegno sperimentale e risultati: Mediante citofluorimetria abbiamo dimostrato che le cellule di STS, MES-SA e DMR (leiomiosarcoma) e HT-1080 (fibrosarcoma) esprimono i ligandi attivatori per le cellule NK (MICA/B, ULBPs, CD112, CD155) in condizioni di coltura standard e il trattamento combinato con trabectedina+olaparib mantiene o aumenta tali livelli di espressione. Per studiare l’effetto dell’immunoterapia adottiva in vitro ci siamo serviti della linea cellulare NK-92 esprimente alti livelli dei recettori attivatori NKG2D e DNAM-1. Mediante saggi di citotossicità in vitro abbiamo osservato che cellule di STS sopravvissute al trattamento con trabectedina+olaparib possono essere uccise dalle NK-92 e risultano essere più suscettibili a tale azione se paragonate alle cellule di controllo non pretrattate con farmaci. Inoltre focalizzando la nostra attenzione sulla porzione di presunte cellule staminali tumorali (CSCs), identificate mediante marcatore OCT-4, abbiamo dimostrato che l’esposizione (72 ore) a trabectedina, in monoterapia o in combinazione con olaparib, determina un aumento relativo della porzione di CSCs. Nello stesso modello, un approccio sequenziale con NK-92 non sembra generare tale incremento relativo di CSCs, supportando l’ipotesi di una loro relativa resistenza a chemioterapia ma suscettibilità al trattamento immunoterapico. Conclusioni: L’immunoterapia adottiva con NK è risultata attiva contro una frazione di cellule di STS sopravvissute al trattamento combinato con trabectedina+olaparib, esprimenti aumentati livelli in membrana di ligandi attivatori delle NK. L’attività immunoterapica delle NK è stata riportata anche contro una frazione di presunte CSCs relativamente chemioresistenti ed arricchite dopo trattamento con trabectedina+olaparib. I nostri dati supportano il razionale di un’integrazione di immunoterapia HLA-indipendente con NK e strategie farmacologiche attive nell’ambito dei sarcomi. Studi dedicati in modelli animali costituiranno le prossime tappe sperimentali, al fine di generare basi traslazionali per possibili esplorazioni in studi clinici.