Prognostic use of non-invasive imaging for tumor-associated macrophages under anti-PD1 treatment

Abstract

Since immune checkpoint inhibitors (ICIs) such as anti-programmed cell death protein 1 (PD1) inhibit tumor growth by reinvigorating the host immune system, determining their efficacy only by the changes in tumor size may prove inaccurate. Among the immune cells present in the tumor microenvironment (TME), Macrophages are abundant and critical for regulate immune responses in both innate and adaptive immunity. In this study, I aimed to investigate the dynamics of the tumor-associated macrophages (TAMs) non-invasively to confirm the response of ICI therapy. Here I performed positron emission tomography (PET) imaging during anti-PD1 treatment using mannosylated-serum albumin (MSA) labeled with radioactive isotope 68Ga, which targets the mannose receptors on macrophages. Through non-invasive MSA imaging, I found an increased number of TAMs and observed that they were localized at the core of the tumor in responders. In addition, I also performed flow cytometry and PCR analyses to confirm the role of TAMs on T cells, the direct target cell of ICI therapy. I was able to demonstrate increased frequency of TAMs produced Cxcl9 and Cxcl10 to recruit T cells and iNos, a T cell activator in responders. Although T cells are directly targeted by ICIs, it was confirmed that their activation is controlled by macrophages through co-culture of macrophages and T cells. These studies thus suggest the non-invasive imaging of TAMs can help estimate the progression of the anti-tumor response to anti-PD1 and may inform better decisions on treatment options for patients.

면역 관문 억제제는 숙주 면역체계를 활성화시켜 향상된 자가면역력으로 암세포를 공격하도록 유도하는 항암제이다. 기존의 세포독성 항암제와는 다르게 직접적으로 암세포를 공격하지 않기 때문에 종양으로 몰려드는 면역세포로 인해 일시적으로 종양이 증가될 수 있어 종양크기의 변화만으로 효과를 결정하는 것은 부정확하다. 특히, 면역 관문 억제제에 대한 반응성을 종양의 크기만으로 확인하는데 상당히 오랜 시간이 소요되어 이미 반응성을 가지지 않는다는 것을 확인하면 대부분의 환자는 다른 치료법을 시도 할 수 없는 상태라는 큰 문제점이 있다. 따라서 종양 크기 외에 면역세포의 변화 등을 비 침습적으로 확인하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 종양 미세환경의 상당수를 차지하며 종양에서 다양한 역할을 하고 있다고 보고된 큰포식세포를 초타겟으ㄹ 하여 면역 관문 억제제에 대한 반응성을 확인하는 마커로써의 가능성을 검증하였다. 면역 관문 억제제 반응성군에서 종양내로 큰포식세포가 증가되는 것을 확인하였고, 증가된 큰포식세포의 대부분이 만노즈 수용체 (CD206) 를 발현하고 있는 것을 발견하여 이를 타겟팅 할 수 있는 나노복합체인 만노실화 알부민을 사용하여 비침습적으로 면역 관문 억제제에 대한 반응성을 확인하였다. 특히, 면역 관문 억제제 반응성군에서 만노즈 수용체를 발현하는 큰포식세포가 비반응성군보다 증가되어 있었으며, 종양 전반에 걸쳐 고르게 분포하는 것을 확인하였다. 또한 면역 관문 억제제의 직접적인 표적세포인 T 세포에 대한 큰포식세포의 역할을 확인하기 위해서 종양 미세환경을 나타낼 수 있는 종양 삼출물을 획득하여 면역관문 억제제의 반응성에 따라서 큰포식세포가 T 세포의 활성화를 조절하는 것을 확인하였다. 본 연구를 통하여, 면역 관문 억제제의 반응성에 따라서 큰포식세포가T 세포의 활성화 유도에 중요한 역할을 하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 반응성에 따른 종양관련 큰포식세포의 비침습적 이미징은 면역관문 억제제에 대한 항-종양 반응의 진행을 추정하는데 도움이 될 수 있으며, 환자의 치료옵션에 대한 더 나은 결정을 할 수 있도록 도움을 줄 수 있음을 검증할 수 있었다.