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Abstract

Gliomas are characterized by increased T cell exhaustion and poor T cell infiltration into the tumor as well as an overall highly immunosuppressive tumor microenvironment (TME). Response rates in preclinical glioma models and patients to promising new therapeutic approaches in the field of immunotherapies remain heterogenous. These include checkpoint blockade, peptide and mRNA vaccines and adoptive therapy with chimeric antigen receptor (CAR) or T cell receptor (TCR)-transgenic T cells. This demonstrates the need for non-invasive tracking of T cell recruitment to the TME in order to monitor immunotherapies, adapt therapeutic strategies and predict treatment outcome. Iron oxide nanoparticles (NP) can be visualized non-invasively by magnetic resonance imaging (MRI) and dedicated MRI sequences such as T2* mapping. Using isolated murine T cell cultures I show that labeling of T cells with iron oxide NPs as contrast agents is feasible and does not impair T cell viability and functionality as assessed by cytokine secretion and antigen-specific killing activity in vitro. I demonstrate that adoptively transferred T cells can be visualized intratumorally in a murine glioma model by high field MRI at 9.4 Tesla with high sensitivity and that T cells can be tracked non-invasively in a time course of at least two weeks. Correlative methods include immunohistochemistry, flow cytometry, tissue clearing and light sheet microscopy. Tumor relaxation times at an early time point after adoptive cell transfer (ACT) were a predictor for tumor response or resistance, which demonstrates that non-invasive quantification of spatial and temporal T cell dynamics in the TME can facilitate immune cell monitoring to assess immunotherapy efficacy.

Translation of abstract (UNSPECIFIED)

Gliome sind maligne Hirntumore, die sich durch eine geringe T Zell Infiltration sowie eine hohe Expression von sogenannten T-Zell-Erschöpfungsmarkern auszeichen. Die Tumore weisen ein insgesamt immunsuppressives Tumormikromilieu auf. Das Ansprechen auf Immuntherapien wie Immuncheckpointblockade, Vakzinierungen sowie die Behandlung mit Rezeptor-transgenen T-Zellen oder CAR T-Zellen ist sowohl in der präklinischen Forschung an Mäusen als auch in klinischen Studien heterogen. Nicht-invasive Methoden zur Visualisierung der T-Zell Rekrutierung und intratumoraler T-Zell-Verteilung werden daher dringend benötigt, um das Therapieansprechen zu einem frühen Zeitpunkt vorhersagen und die Therapie dementsprechend anpassen zu können. Eisenoxidnanopartikel können nicht-invasiv mittels Magnetresonanz-tomographie (MRT) unter anderem durch T2* Mapping-Verfahren dargestellt werden. Ich zeige in dieser Promotionsarbeit, dass T-Zellen mit Eisenoxidnanopartikeln in vitro beladen werden können, ohne deren Viabilität oder Funktionalität zu beeinflussen. Adoptiv transferierte T-Zellen konnten intratumoral in einem murinen Gliommodel mittels 9.4 Tesla MRT mit hoher Sensitivität dargestellt und über einen Zeitraum von mindestens zwei Wochen verfolgt werden. Relaxatationszeiten des Tumors zu einem frühen Zeitpunkt nach adoptivem Zelltransfer korrelierten mit Tumoransprechen oder -resistenz, was zeigt, dass nicht-invasive Quantifizierung von räumlichen und zeitlichen T-Zell-Dynamiken im Tumormikromilieu als Prädiktor für den Erfolg von individuellen Immuntherapien fungieren können.