Gene Editing for Cell Therapy
Dimitrios L. Wagner
Gene Editing und synthetische Biologie: Entwicklung von Zelltherapien für Erkrankungen ohne effektive Behandlungsoptionen.
Chronische Erkrankungen wie Krebs- und Autoimmunerkrankungen stellen eine große Belastung für Patient:innen und das Gesundheitssystem dar. Langfriste Behandlung mit Medikamenten mit unspezifischer Wirkung können zusätzlich schwerwiegende Nebenwirkungen nach sich ziehen. Neuartige Zelltherapien erlauben uns die potenten Eigenschaften körpereigener Zellen auszunutzen und mittels „lebenden Medikamenten“ langfristige und tiefgreifende Behandlungserfolge zu ermöglichen. Ein Beispiel hierfür ist die CAR-T-Zelltherapie, bei der körpereigene Immunzellen namens T-Lymphozyten mit künstlichen Krebs-spezifischen Erkennungsrezeptoren (Chimäre Antigen Rezeptoren: CAR) ausgestattet werden, um Blutkrebszellen im Körper des erkrankten aufzuspüren und zu eliminieren.
Unsere Nachwuchsgruppe entwickelt Plattformtechnologien, um die genetische Identität von Zellen zu gestalten und zur Lösung medizinischer Probleme einzusetzen. Hierbei fokussieren wir uns auf die Verbesserung von neuesten Geneditierungstechnologien aus der Grundlagenforschung und versuchen diese für die klinische Anwendung zu optimieren. Ziel ist dabei die Verbesserung der Eigenschaften von Zellprodukten und einer vereinfachten Produktion, um die Kosten zu senken und den Zugang zu diesen vielversprechenden Therapien für Patient:innen zu verbessern.
Aktuell konzentrieren wir uns CRISPR-Cas-basierte Methoden, bei denen Viren für die Genübertragung vermieden werden und stattdessen synthetische Nukleinsäuren und rekombinante Proteine verwendet werden. Durch die Kombination synthetischer Reagenzien mit physikalischen oder chemischen Verabreichungsmodalitäten wollen wir in Berlin sichere und effiziente Techniken für die nächste Generation von neuartigen und effektiven Zelltherapien entwickeln.
Zusätzlich interessieren wir uns für die immunologischen Aspekte, die Einfluss auf die Effizienz und Sicherheit von Zell- und Gentherapien im Körper der Patient:in haben. Unter anderem wollen wir wollen herausfinden, ob und wie Immunzellen von gesunden Spender:innen zur Zelltherapie von kranken Menschen eingesetzt werden können. Hierbei ist unser mittelfristiges Ziel sogenannte „off-the-shelf“ Zelltherapien zu entwickeln, die aus Material von gesunden Menschen hergestellt werden und somit zur schnellen und sicheren Behandlung vieler kranken Patient:innen eingesetzt werden können.
Akkordeon
Publikationen
Gene editing and immune cell therapies
- Combining different CRISPR nucleases for simultaneous knock-in and base editing prevents translocations in multiplex-edited CAR T cells Glaser V, Flugel C, Kath J, Du W, Drosdek V, Franke C, Stein M, Pruss A, Schmueck-Henneresse M, Volk HD, Reinke P, Wagner DL. Genome Biology 2023, PMID: 37095570
Our study showcases the power of multiplex gene editing to create triple-edited CAR T cells with hypoimmungenic properties for allogeneic off-the-shelf therapy.
- CAR NK-92 cell-mediated depletion of residual TCR+ cells for ultra-pure allogeneic TCR-deleted CAR T cell products Kath J, Du W, Martini S, Elsallab M, Franke C, Hartmann L, Drosdek V, Glaser V, Stein M, Schmueck-Henneresse M, Reinke P, Volk HD, Abou-el-Enein M, Wagner DL.Blood Advances 2023, PMID: 37196643
Using a short-lived NK-92 cell line to purify TCR-edited CAR T cell products to reduce the risk of graft-versus-host-disease during allogeneic cell applications.
- Overcoming on-target, off-tumour toxicity of CAR T cell therapy for solid tumours Flugel CL, Majzner RG, Krenciute G, Dotti G, Ridell SR, Wagner DL*, Abou-El-Enein* (shared senior authorship) Nature Reviews Clinical Oncology 2022, PMID: 36418477
- Pharmacological interventions enhance the virus-free generation of TRAC-replaced CAR T cells. Kath J, Du W, Pruene A, Braun T, Thommandru B, Turk R, Amini L, Stein M, Zittel T, Martini S, Ostendorf L, Wilhelm A, Akyüz L, Rehm A, Höpken UE, Pruß A, Künkele A, Jacobi AM, Volk HD, Schmueck-Henneresse M, Stripecke R, Reinke P, Wagner DL. Molecular Therapy Methods & Clinical Development 2022, PMID: 35573047
We demonstrate that virus-free gene editing enables efficient generation of TCR-replaced CAR T cells which eliminate tumor cells in vitro and slow leukemia growth in vivo. Different drug cocktails can be used to improve CAR-T cells yield.
- CRISPR-Cas-edited Tacrolimus-resistant antiviral T-cells for advanced adoptive immunotherapy in transplant recipients. Amini L, Wagner DL, Rössler U, Vollmer T, Wendering DJ, Wagner LF, Kornak U, Volk HD, Reinke P, Schmueck-Henneresse M.Molecular Therapy 2021, PMID: 32956624
In this study, we used CRISPR-Cas mediated gene disruption to make virus-specific T cells resistant to the immunosuppressive drug Tacrolimus; thereby giving these T cells an improved chance to clear viruses and persist in patients receiving immunosuppressive drugs after solid organ transplantation.
- CD7-edited T cells expressing a CD7-specific CAR for the therapy of T-cell malignancies. Gomes-Silva D, Srinivasan M, Sharma S, Lee CM, Wagner DL, Davis TH, Rouce RH, Bao G, Brenner MK, Mamonkin M. Blood 2017, PMID: 28539325
First demonstration that CRISPR-Cas gene editing can be used to facilitate a novel CAR T cell therapy which may be used to treat T-cell lymphoma/leukemia.
- Highly Efficient Genome Editing of Murine and Human Hematopoietic Progenitor Cells by CRISPR/Cas9. Gundry MC, Brunetti L, Lin A, ... , Wagner D, … PMID: 27783956
This study shows that electroporation of CRISPR-Cas ribonucleoproteins allows highly efficient gene editing in blood cells, including T cells. First study to show CRISPR-Cas nucleoproteins can induce off-targets in T
Immune responses to cell and gene therapies
- Immunogenicity of CAR T cells in cancer therapy, Wagner DL, Fritsche E. et al. Nature Reviews Clinical Oncology 2021, PMID: 33633361
Together with many leading scientists in the CAR-T cell field, we review our current knowledge on anti-CAR immune responses in patients and outline strategies how they can be mitigated to improve autologous/allogeneic CAR T cell therapy.
- High prevalence of Streptococcus pyogenes Cas9-reactive T cells within the adult human population Wagner DL, Amini L, Wendering DJ, Burkhardt L-M, Akyüz L, Reinke P, Volk HD, Schmueck-Henneresse M. Nature Medicine 2019; PMID: 30374197
Our landmark study finds that most humans have T cells which can recognize the Cas9-protein and these anti-Cas9 T cells may impact the efficacy and safety of CRISPR-Cas in vivo gene therapies.
Funding
Horizon Europe project ‘geneTIGA’
David and Etta Jonas Center for Cellular Therapy
University of Chicago
SPARK-BIH project ‘A modular NK cell platform that targets cancer and its suppressive microenvironment’
Horizon 2020 project 'RESHAPE'
SPARK-BIH project ‘Next-generation CAR Therapeutics’
BIH-Regeneration Crossfield Grant ‘Genome Engineering’
Einstein Center for Regenerative Therapies – Kickbox Grants
Team
Dimitrios L. Wagner, M.D. / Ph.D, group leader
Lily Jo Becker, undergrad student / research assistant
Christian Luca Flugel, MD student
Viktor Glaser, PhD student (assoziiertes Gruppenmitglied)
Luis Huth, undergrad student / research assistant
Isabell Kassing, undergrad student (research assistant)
Jonas Kath, MD, PhD student
Ana-Maria Nitulescu, PhD student
Yaolin Pu, PhD student
Maik Stein, Dipl. Ing. (assoziiertes Gruppenmitglied)
Alumni
Clemens Franke, M.Sc. (master student / research assistant)
Weijie Du, PhD (postdoc, now: scientist at Bayer AG)
Laura Hartmann, B.Sc. (bachelor thesis / research assistant, now: master student at TU Berlin)
Vanessa Drosdek, B.Sc. (bachelor student / research assistant, now: visiting scholar at Megan Levings’ group in University of British Columbia, Canada)
Carlos Javier Cordero-Oropeza (master student, now: PhD student at Kaminski Lab, BIMSB/Charité)
Mikhail Valkov (associated master student, now: PhD student at Maksim Mamokin’s group at Baylor College of Medicine, USA)
Tatiana Zittel, M.Sc. (associated group member)