Advanced Chimeric Antigen Receptor T Cells Targeting IL13Rα2 for Glioblastoma : Advanced CAR-T against Glioblastoma = 교모세포종 치료를 위한 IL13Rα2 표적 개선형 키메릭 항원 수용체 T 세포의 개발 및 평가

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Glioblastoma (GBM) remains one of the most challenging human cancers due to its aggressive nature and profound resistance to standard therapies. While chimeric antigen receptor (CAR) T-cell therapy has shown promise, its application to solid tumors like GBM is hindered by factors including inefficient T-cell trafficking, limited persistence, and the immunosuppressive tumor microenvironment (TME). Interleukin-13 receptor α2 (IL13Rα2) presents an attractive target due to its frequent overexpression on GBM cells contrasted with minimal expression in normal brain tissue. This study details the development and rigorous preclinical evaluation of Advanced CAR-T (ACT), an advanced IL13Rα2-targeting CAR-T platform engineered with multiple synergistic functionalities to overcome these barriers.
The ACT construct utilizes a modified IL13 ligand for enhanced specificity, incorporates a truncated IL-7 receptor alpha (ΔIL7Rα) domain to promote persistence, includes a TGF-β/IL-18 chimeric switch receptor to counteract TME immunosuppression by converting inhibitory signals into activating ones, and is engineered for autocrine IL-21 secretion to further bolster anti-tumor activity and memory formation. In vitro, ACT cells mediated potent cytotoxicity against IL13Rα2-positive GBM cells (U251MG), and secreted significant levels of IFN-γ. Compared to conventional second-generation CAR-T cells, ACT exhibited superior ex vivo expansion potential and indications of enhanced persistence, alongside reduced baseline activation. Critically, in an orthotopic U251MG GBM mouse model, a single intravenous administration of ACT resulted in significant tumor growth control and a statistically significant extension of overall survival (p=0.042). Biodistribution studies confirmed successful trafficking of ACT cells across the blood-brain barrier and persistence within the brain tumor microenvironment. Furthermore, stable co-expression of the CAR and switch receptor transgenes was maintained after long-term cryopreservation.
Collectively, these findings establish ACT as a multi-functional, advanced CAR-T cell platform with significant preclinical efficacy against glioblastoma. Its ability to address key challenges like TME immunosuppression and T cell persistence, coupled with potent anti-tumor activity via systemic delivery, provides a strong rationale for its continued development and future clinical investigation as a novel therapeutic strategy for GBM patients.

국문 초록 (Abstract)

교모세포종(Glioblastoma, GBM)은 공격적인 특성과 표준 치료에 대한 저항성으로 인해 가장 치료가 어려운 뇌종양 중 하나이다. 키메릭 항원 수용체(CAR) T 세포 치료는 혈액암에서 성공을 거두었으나, GBM과 같은 고형암에서는 T 세포의 종양 내 이동 및 침투 저하, 면역억제성 종양미세환경(TME)에서의 기능 약화, 제한된 생체 내 지속성 등의 문제로 효과가 제한적이었다. Interleukin-13 receptor α2 (IL13Rα2)는 GBM 세포에 빈번히 과발현되나 정상 뇌 조직에서는 발현이 거의 없어 유망한 치료 표적으로 여겨진다. 본 연구는 이러한 한계점들을 극복하기 위해 다중 기능성 모듈을 통합하여 설계된 개선형 IL13Rα2 표적 CAR-T 플랫폼인 ACT110을 개발하고, 그 전임상 효능을 종합적으로 평가하였다.
ACT110은 표적 특이성을 높인 변형 IL13 리간드를 사용하며, T 세포 지속성 증진을 위한 절단형 IL-7 수용체 알파(ΔIL7Rα) 도메인, TME의 억제 신호(TGF-β)를 활성 신호(IL-18)로 전환하는 TGF-β/IL-18 키메라 스위치 수용체, 그리고 항종양 기능과 기억 세포 형성을 지원하는 IL-21 자가 분비 기능을 통합하여 설계되었다. In vitro 평가 결과, IL13Rα2 양성 GBM 세포주(U251MG)에 대해 강력한 세포 독성과 높은 수준의 IFN-γ 분비를 나타냈다. 기존 2세대 CAR-T 세포 대비 우수한 ex vivo 증식능과 지속성 관련 지표 개선 및 낮은 기저 활성화 수준을 확인하였다. 결정적으로, 정위 U251MG GBM 마우스 모델에서 ACT110 세포를 단회 정맥 투여했을 때, 종양 성장이 현저히 억제되었으며 통계적으로 유의미한 수준의 생존기간 연장 효과(p=0.042)를 확인하였다. 또한, 생체 내 분포 분석을 통해 정맥 투여된 ACT110 세포가 혈액-뇌 장벽을 통과하여 뇌종양 미세환경 내로 이동하고 지속됨을 확인하였다. 장기 동결보존 후에도 CAR 및 스위치 수용체 유전자의 안정적인 동시 발현이 유지되었다. 인체 GBM 조직 분석에서는 IL13Rα2가 특히 공격적인 분자 아형에서 빈번히 발현됨을 확인하여 임상적 타당성을 뒷받침하였다.
종합적으로, 본 연구 결과는 다중 기능이 강화된 ACT110 CAR-T 플랫폼이 GBM에 대한 강력한 전임상 효능을 가짐을 입증한다. TME 면역억제 극복 및 T 세포 지속성 강화 전략과 더불어 전신 투여를 통한 효과적인 항종양 활성은 ACT110이 GBM 환자를 위한 혁신적인 치료 전략으로서 임상 개발을 진행할 충분한 근거를 제시함을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Table of contents iii
• List of figures iv
• List of abbreviations v
• 1. Introduction 1
• 2. Methods 5
• 3. Results 15
• 4. Discussion 23
• 5. Conclusion 32
• Bibliography 41
• Abstract in Korean 47