Partie 4 : Modèles murins humanisés de points de contrôle immunitaires pour les études en immuno-oncologie

Le système immunitaire doit maintenir un équilibre complexe entre l’identification et l’élimination des antigènes « non-soi » et la suppression de toute réponse immunitaire incontrôlée susceptible d’attaquer les antigènes « soi ».^¹ Cette interaction délicate est régulée par les points de contrôle immunitaires (PCI), un ensemble de molécules stimulatrices et inhibitrices naturellement exprimées à la fois sur les lymphocytes T et sur les cellules présentatrices d’antigènes. Les ICP ont été comparés à des accélérateurs et à des freins, car ils garantissent que le système immunitaire s’engage suffisamment dans son attaque contre les micro-organismes exogènes tout en évitant une activation excessive susceptible de détruire les cellules et les tissus sains.²

Il est intéressant de noter que les ICP sont également présentes sur la membrane externe de nombreuses cellules tumorales, ce qui leur permet de déjouer habilement la réponse immunitaire de l’hôte^{.³ Ces} découvertes ont révolutionné les traitements anticancéreux, modifiant notre vision de la prise en charge du cancer. Plusieurs études précliniques ont démontré que des anticorps dirigés contre des ICP clés inhibent leur fonction, permettant ainsi l’élimination de certaines cellules tumorales. C’est pourquoi un certain nombre de molécules co-stimulatrices et d’inhibiteurs de points de contrôle sont utilisés pour traiter certains types de cancers, offrant aux patients une rémission durable face à des maladies dont l’issue était autrefois inévitablement fatale^.⁴⁻⁶

Toutefois, avant de transposer les résultats des modèles précliniques au chevet du patient, une validation clinique des traitements est nécessaire : les composés immuno-oncologiques doivent être soigneusement évalués dans des modèles ICP précliniques afin de prédire leur efficacité avant le lancement de tout essai chez l’homme. L’histoire triste et bien connue de l’anticorps superagoniste du CD28, le TGN1412, illustre bien ce principe.^⁷ Deux aspects clés et étroitement liés doivent être pris en compte lors du choix d’un modèle ICP humanisé pour les programmes de découverte de médicaments : i) la ou les questions spécifiques auxquelles la recherche doit répondre, et ii) la transposabilité et la fonctionnalité du modèle. En gardant ces deux concepts à l’esprit, nous présentons des exemples spécifiques de modèles ICP humanisés actuellement utilisés dans les filières de développement de médicaments.

Le modèle murin préclinique humanisé CD28 (hCD28) constitue un excellent exemple de modèle dont la conception expérimentale a été guidée par la nécessité d’aborder avec précision des questions biologiques spécifiques. Plus précisément, ce modèle a été conçu pour caractériser et évaluer l’efficacité d’agents immuno-oncologiques ciblant le CD28 humain chez des souris pleinement immunocompétentes. Le modèle hCD28 exprime un CD28 chimérique doté d'un domaine extracellulaire humain, ce qui lui confère la polyvalence nécessaire pour tester tout produit biologique ciblant le domaine extracellulaire du hCD28, ainsi que des domaines transmembranaires et intracellulaires murins, censés optimiser l'ancrage de la protéine à la membrane et sa signalisation intracellulaire. Cependant, dans une étude récente, Tuosto et ses collègues ont démontré qu’une seule variante d’acide aminé dans le domaine intracellulaire du CD28 semble réguler la signalisation différentielle entre le CD28 humain et le CD28 murin, entraînant une réponse inflammatoire accrue chez l’homme.^²⁸ Étant donné que le modèle hCD28 comporte un domaine intracellulaire murin, son utilisation est recommandée pour mener des études d’efficacité, mais pas d’études de sécurité ni de toxicité, car les résultats obtenus à l’aide de ce modèle pourraient sous-estimer les réponses inflammatoires induites par l’activation du hCD28.

Un autre point important à prendre en compte lors du choix d’un modèle ICP humanisé pour les études de découverte de médicaments est sa transposabilité et sa fonctionnalité. C’est pourquoi il est si important que le modèle humanisé présente les mêmes caractéristiques biologiques (par exemple, les niveaux d’expression et la régulation de l’ICP cible, ainsi que la préservation de l’interaction entre l’ICP humanisé et le ligand murin) que son homologue murin, comme l’illustrent les modèles murins humanisés PD-1 (hPD-1) et CTLA-4 (hCTLA-4). Comme le montre la figure 1, le profil d’expression du hPD-1 chez les souris hPD-1 reproduit fidèlement celui du PD-1 murin (mPD-1), ce qui fait de ce modèle un outil puissant pour évaluer in vivo des traitements ciblant le PD-1 spécifique à l’homme, tels que le pembrolizumab. Une étude récente a démontré que l’administration de pembrolizumab induisait une réponse antitumorale chez des souris hPD-1 inoculées avec les modèles tumoraux MC38 et GL261.^a,11

Figure 1) Le profil d'expression du PD-1 humain (hPD-1) correspond à celui du PD-1 murin (mPD-1).

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De même, il a récemment été démontré que des souris exprimant le CTLA-4 humanisé (hCTLA-4), auxquelles on avait implanté par voie sous-cutanée un carcinome colorectal MC38, présentaient une durée de vie significativement plus longue lorsqu’elles étaient traitées par l’ipilimumab, par rapport tant au groupe témoin qu’au groupe traité par l’anticorps murin anti-CTLA-4 (9H10) (figure 2 et données non publiées). Il est intéressant de noter que ces souris possèdent un CTLA-4 chimérique dont le domaine extracellulaire est humanisé, ce qui permet d’évaluer l’efficacité in vivo et d’établir le profil de tout produit biologique ciblant le CTLA-4 humain.

Figure 2) Une activité antitumorale in vivo est observée en réponse à l'ipilimumab chez des souris hCTLA-4.

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Les traitements combinés et les anticorps bispécifiques sont de plus en plus utilisés pour traiter certains types de cancers, car, au fil du temps, certaines tumeurs développent des résistances aux inhibiteurs de points de contrôle et/ou aux molécules co-stimulatrices, notamment le CTLA-4. Ces limites ont poussé les scientifiques à mieux comprendre les mécanismes biologiques responsables du développement de ces résistances et à mettre au point de nouvelles stratégies thérapeutiques à l'aide de modèles ICP humanisés.¹²

Dans cette optique, les chercheurs d’Alligator Bioscience ont mis au point un anticorps bispécifique, l’ATOR-1015, ciblant les ICP humains CTLA-4 et OX40. Ce composé a été évalué chez des souris humanisées OX-40 (hOX40), chez lesquelles il a renforcé l’activation immunitaire dans la zone tumorale, amélioré l’efficacité clinique et réduit la toxicité par rapport aux monothérapies CTLA-4 de dernière génération. Il est intéressant de noter que ce traitement a également induit une mémoire immunologique spécifique à la tumeur, ce qui suggère que le modèle hOX40 se prête à des études à long terme. Des expériences menées sur des souris hOX40 ont révélé que l’ATOR-1015 agit en synergie avec un traitement anti-PD-1/PD-L1. Les données obtenues dans le cadre de cette étude ont permis de lancer un premier essai clinique chez l’homme pour traiter des patients atteints de tumeurs solides avancées et/ou réfractaires^.¹³

Plus récemment, des modèles ICP humanisés ont également été utilisés pour valider et évaluer l’efficacité de nouveaux traitements anticancéreux par rapport à des traitements bien établis (figure 3). Par exemple, une équipe de chercheurs de Bristol-Myers Squibb a démontré que la croissance tumorale chez des souris VISTA humanisées (hVISTA) porteuses de cellules MC38 était réduite chez les animaux traités par une thérapie combinée (anti-VISTA et anti-PD-1) par rapport à ceux ayant reçu une monothérapie (anti-PD-1). Johnston et ses collègues ont découvert que VISTA se lie aux lymphocytes T et les inhibe à un pH acide, tel que celui généralement observé dans les microenvironnements tumoraux. Des expériences pharmacocinétiques menées sur des souris hVISTA traitées par des anticorps bloquant VISTA ont montré que les anticorps sélectifs en pH acide s’accumulent de manière préférentielle au sein des tumeurs et présentent un temps moyen de résistance sérique plus long que les anticorps non sélectifs en pH.¹⁴

Figure 3) Effets antitumoraux observés en réponse à un traitement combiné par l’anticorps anti-VISTA humain et l’anticorps anti-PD-1 murin.

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Dans un autre article, récemment publié dans *Science*, une équipe de chercheurs de la Geisel School of Medicine de Dartmouth et d’ImmuNext apporte un éclairage sur l’utilisation de souris hVISTA pour mener des études d’efficacité non seulement en immuno-oncologie, mais également dans le domaine des maladies auto-immunes et immuno-inflammatoires. ElTanbouly, Zhao et leurs collègues ont démontré que VISTA joue un rôle essentiel dans le maintien de l’autotolérance des lymphocytes T in vivo. Les auteurs ont élégamment démontré que les anticorps agonistes de VISTA humain augmentaient la survie face à la maladie du greffon contre l'hôte (GVHD) chez les souris hVISTA, confirmant ainsi les résultats obtenus chez des souris de type sauvage traitées avec des anticorps de substitution et validant l'efficacité de leurs anticorps ciblant VISTA humain.¹⁵

Les modèles d’ICP humanisés constituent donc des outils essentiels dans notre lutte contre les cancers et les maladies d’origine immunitaire. Les premiers modèles murins syngéniques exprimant des ICP humanisés ont été développés il y a environ une décennie et, depuis lors, ils représentent une alternative valable pour évaluer les produits biologiques ciblant les ICP humains. Auparavant, les traitements anticancéreux étaient testés sur des souris immunodéficientes ayant reçu des xénogreffes humaines ; cependant, ces modèles ne disposant pas d’un système immunitaire fonctionnel, ils ne se prêtaient pas à l’évaluation de l’efficacité et de la sécurité de ces traitements^.¹⁶ Les scientifiques se sont alors tournés vers des souris immunodéficientes reconstituées avec un système immunitaire humain (HIS); mais en raison des différences liées aux espèces, les modèles HIS ne reproduisent pas nécessairement les interactions réciproques entre la tumeur et les cellules immunitaires et stromales associées, et peuvent donc ne pas convenir à l’étude de traitements ciblant ces composants.

En revanche, les souris ICP humanisées peuvent recevoir des greffes de lignées tumorales murines bien établies, notamment les lignées MC38, CT26 et MB49,^b tout en conservant une interaction adéquate entre le stroma, les cellules immunitaires et les cellules tumorales, ainsi qu’un système immunitaire fonctionnel : ils permettent d’évaluer les réponses cellulaires murines, mais pas humaines. Un autre avantage majeur de ces modèles est qu’ils ne nécessitent pas d’anticorps de substitution, ce qui réduit considérablement la complexité et les difficultés liées à la transposition des données d’efficacité précliniques en milieu clinique.¹⁹

Il est toutefois important de garder à l’esprit l’application clinique dès les premières étapes des projets de découverte de médicaments, car cela permettra de sélectionner le modèle ICP humanisé le plus approprié, c’est-à-dire celui qui répond le mieux aux objectifs de recherche de l’étude, compte tenu des contraintes de recherche. La conception expérimentale du modèle est importante, car l’utilisation d’un modèle inadapté pour l’identification des risques peut fausser l’interprétation des données.

^a MC38 et GL261 sont respectivement des modèles murins d’adénocarcinome du côlon et de gliome.^9,10
b MB49 et CT26 sont respectivement des modèles murins de cancer de la vessie et de carcinome du côlon.^17,18

Voir aussi :
Partie 1 : Vers un modèle préclinique plus efficace en immuno-oncologie

Partie 2 : BRGSF, un nouveau modèle immunodéficient pour les études en immuno-oncologie

Partie 3 : BRGSF-HIS, un nouveau modèle murin doté d’un système immunitaire humain pour les études en immuno-oncologie

Partie 5 : HSA/hFcRn, un modèle performant pour vos études de pharmacocinétique et de pharmacodynamique

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