Immuno Microenvironment, Adoptive and Vaccines Approaches

The Platform of Immuno-Microenvironment, Adoptive and Vaccine Approaches, coordinated by Marcella Tazzari Lab Researcher, is actively focused on the generation of innovative cellular therapies and their safe translation from the research laboratory to the clinic. Our mission is to support GMP factories to successfully overcome road blocks in the process of developing Advanced Therapy Medicinal Products (ATMPs). We work in close contact with our Clinicians to develop targeted immunotherapies and novel and combinatorial approaches with an emphasis on treating solid and haematological neoplasia through distinct therapeutic modalities: Dendritic Cell Vaccine, Adoptive cell therapy (ACT) with allogeneic genetically modified NK cells and ACT with autologous tumor infiltrating T Lymphocytes (TILs). Moreover, aiming at the development of immunotherapy strategy for the comprehensive tumor cell eradication, we are also assessing the feasibility of a novel cellular(radio)immunotherapy approach. As pre-GMP Facility we are mainly focused on:

• high-content analysis of GMP-manufactured ATMPs and infused patients for the fine-tuning of ATMPs in vivo clinical activity/specificity;
• transfer of research ideas into the preclinical development of novel ATMPs and implementation of the existing ones;
• transform research protocols into standardized operational procedures (SOPs) under GMP-like conditions (including the development of new gene and nanoparticles delivery tools and genetic modification of cells);
• develop SOPs and procedure that can be transferred to a GMP facility;
• perform validation runs that do not require GMP standards. Moreover, for ATMPs validation we relaied on in house in vitro assays (both in 2D and 3D) for testing activation, killing and homing capabilities.

For the success of immunotherapies in solid tumors, the tumor microenvironment (TME) is regarded as one of the biggest challenges. Through the past years we have been investing in the generation of three dimensional tumor models (particularly for melanoma) facing the complexity and immunocompetency of the real tumors [Di Blasio et al Nature Communications 2019] and in developing a multiplex immunohistochemistry approach [Bulgarelli et al Frontiers Immunology 2019] for a comprehensive analysis of the TME. Using these innovative systems our Team investigates:

• pathways linked to immunosuppression;
• tumor derived antigens recognized by T cells and heterogeneity of tumor cells in the context of an anti-tumor response;
• analyze the biological function exerted by ATMPs;
• seek out clinically relevant inhibitory and/or stimulatory signals for the design of the best combo strategies (such as the rational use of cellular therapies in conjunction with antibody delivery against the immune checkpoint inhibitors) and targeted therapeutic modulation of ATMP activities.

Staff: Marcella Tazzari (coordinatrice), Martine Bocchini, Nicola Romanini.

Clinical and experimental Immunomonitoring

Il Laboratorio di Immunomonitoraggio rappresenta una piattaforma d’Istituto per l’esecuzione di immunomonitoraggio in pazienti oncologici in trattamento con terapie immunologiche, in particolare di farmaci in sperimentazione clinica. In particolare, il monitoraggio immunologico si avvale di diverse piattaforme tecnologiche quali l’analisi con ELISPOT, la fenotipizzazione citofluorimetrica, l’immunoistochimica per il monitoraggio delle risposte immune tissutali. Fra le attività caratterizzanti il Laboratorio è inoltre compreso lo sviluppo preclinico di nuovi prodotti per terapia cellulare.

Staff: Jenny Bulgarelli

Adoptive Cell Therapy (Autologous CAR-T)

Il nostro gruppo di ricerca denominato Adoptive Cell Therapy CAR T platform si occupa di diverse tematiche nell’ambito dell’oncologia e delle malattie infettive. In particolare il focus della nostra attività di ricerca è quello della comprensione, caratterizzazione e sfruttamento della risposta del sistema immunitario al fine di controllare e combattere le neoplasie umane e le malattie infettive quali il COVID-19, ambito che potremmo definire come immunologia molecolare. Per far questo in maniera esaustiva e dettagliata ci avvaliamo sia di tecnologie innovative come il next generation sequencing (NGS) sia di approcci di ingegneria genetica per modificare le proprietà delle cellule a fini di studio e a scopo terapeutico. In tal senso stiamo sviluppando nuovi chimeric antigen receptors (CARs) che è possibile trasferire nelle cellule dei pazienti per modificare il tropismo e la capacità di risposta del paziente contro la propria malattia. Le patologie di cui ci stiamo occupando sono in particolare il melanoma, il mesotelioma pleurico, la leucemia linfoblastica di tipo T e il tumore al polmone non a piccole cellule. Per questi tumori stiamo identificando nuovi antigeni e anticorpi in grado di bersagliarli per creare immunoterapie più efficaci e di ultima generazione. Siamo inoltre interessati ad identificare marcatori predittivi e diagnostici nell’ambito del mesotelioma pleurico e del tumore neuroendocrino del pancreas per cui abbiamo programmi di studio e terapeutici in corso. Questa attività ci consentirà in futuro di anticipare la diagnosi di questi pazienti così migliorandone il trattamento e l’aspettativa e probabilità di sopravvivenza che oggi è decisamente bassa. Abbiamo anche diversi progetti di studio riguardanti l’infezione COVID-19. In questo ambito in particolare stiamo partecipando a importanti progetti a livello nazionale ed internazionale che mirano a:

1. comprendere l’impatto dell’esposizione al SARS-CoV-2 e ai vaccini per il COVID-19 sul sistema immunitario umano;
2. capire come sfruttare questa risposta immunitaria a nostro favore contro il virus;
3. individuare farmaci che contrastino con la progressione severa del COVID-19 nei pazienti, infezione che impatta specialmente in individui già affetti da altre patologie, in particolare quelle oncologiche;
4. sviluppare una terapia molecolare che non miri al contrasto del virus ma alla protezione delle cellule umane dall’ingresso dei Coronavirus.

Strumentazioni

Le strumentazioni principalmente utilizzate dal gruppo di ricerca sono costituite da macchinari che utilizzano metodologie di sequenziamento di nuova generazione (NGS; MiSeq, NextSeq500, NovaSeq6000) e che ci consentono di effettuare la caratterizzazione del repertorio recettoriale dei linfociti T e B in pazienti e in individui esposti ad infezione o terapie. Per valutare i profili di espressione genica sia in cellule tumorali sia in cellule del sistema immunitario ci avvaliamo di tecnologie quali Nanostring e Real-Time PCR, per comprendere come il comportamento di entrambe si modifichi a seconda dell’individuo, del tipo di malattia e del trattamento. Per la caratterizzazione delle cellule a livello di marcatori di superficie utilizziamo citometri a flusso quali Attune Next (Thermo) e FACS Melody (BD) mentre per la caratterizzazione e quantifica delle citochine presenti nel sangue dei pazienti o prodotte dalle cellule mantenute in coltura usiamo il sistema ELLA (Protein Simple). Utilizziamo inoltre la piattaforma semiautomatica VENTANA (Roche) per la validazione del legame degli anticorpi ai tessuti umani per IHC. Per quanto riguarda la nostra ricerca di nuovi anticorpi allo scopo di bersagliare i tumori utilizziamo tecnologie quali il phage display per la selezione dei candidati e il sistema NGC Quest (BioRad) per la purifica di anticorpi e proteine ricombinanti per cromatografia. Utilizziamo inoltre sistemi di produzione in batch per la generazione di particelle lentivirali atte alla ingegnerizzazione genetica delle cellule del sistema immunitario (es. CAR T) e sistemi di elettroporazione per protocolli di ingegnerizzazione non-virale (es. 4D Lonza; Electroporator Miltenyi). Per la produzione di cellule geneticamente ingegnerizzate e il set up di processo in Pre-GMP utilizziamo il sistema chiuso CliniMACS Prodigy (Miltenyi). Ci avvaliamo anche dell’infrastruttura interna del Centro Risorse Biologiche (CRB), la biobanca di tessuti di IRST, che raccoglie i campioni donati a scopo di ricerca dai pazienti oncologici dopo firma di un consenso informato dedicato.

Staff: Massimiliano Mazza (coordinatore), Patricia Borges de Souza, Anna De Lucia, Anna Gaimari, Lucia Mazzotti, Fabio Nicolini, Giada Sabatino.