Improving Efficacy of Adenoviral Cancer Gene Therapy

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8184-2
Title: Improving Efficacy of Adenoviral Cancer Gene Therapy
Author: Koski, Anniina
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Haartman Institute
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2012-10-05
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8184-2
http://hdl.handle.net/10138/36776
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Gene therapy with oncolytic adenoviruses is a promising novel treatment modality for cancer. Adenoviruses have shown excellent safety and tolerability in clinical studies, but their efficacy still needs improvements, particularly when systemic administration is used. Problems related to systemic administration include natural adenoviral tropism to the liver through virus interaction with soluble coagulation factors in circulation and direct viral binding to cellular HSPG in the liver. The purpose of this thesis was to improve systemic administration and efficacy and safety of adenovirus treatments for cancer. We showed that ablation of vitamin K-dependent coagulation factors resulted in reduced liver transduction after intravenous administration to tumor-bearing mice. Further, combination of this with platelet depletion and inhibition of virus uptake to liver macrophages resulted in enhanced tumor-to-liver ratio of viral gene expression. We also constructed an adenovirus that has a mutation in the capsid fiber KKTK region to abolish interactions with liver cells through HSPG binding and a chimeric fiber knob from serotype 3 to enhance tumor cell transduction. The virus exhibited reduced liver tropism after systemic administration to mice. This virus was also investigated together with alterations of coagulation factor availability and these pathways of liver transduction were found to be separate and may work in an additive fashion. Preclinical studies have shown that adjuvant use of the calcium channel blockers can improve the efficacy of oncolytic adenoviruses in cancer gene therapy. We investigated the calcium channel blocker verapamil in combination with oncolytic adenovirus treatments of advanced cancer patients in the context of an Advanced Therapy Access Program (ATAP). Verapamil resulted in elevated serum viral titers after treatments, compared to non-randomized retrospectively matched controls, which suggests enhanced viral spread and release in the tumors. The frequency or severity of adverse events was not increased by verapamil. Therefore, verapamil seems a safe adjuvant of oncolytic adenovirus treatments and able to enhance viral kinetics. However, the effect of the adjuvant treatment with regard to treatment efficacy should be determined in a randomized clinical trial. Arming adenoviruses with immunostimulatory molecules is a promising way to boost antitumoral immune responses and thus enhance the overall treatment efficacy. We constructed Ad5/3-D24-GMCSF, an oncolytic adenovirus with a 5/3 chimeric capsid, encoding for the immunostimulatory cytokine GM-CSF. In preclinical experiments Ad5/3-D24-GMCSF displayed strong oncolytic potential, good tumor-selectivity and potent antitumor efficacy. 21 advanced cancer patients were treated with Ad5/3-D24-GMCSF in the context of ATAP. Treatments were well tolerated, with generally only mild or moderate adverse events. Intriguing signs of possible treatment benefits were also recorded. Further, signs of induction of antiviral and antitumoral immune responses were observed. Therefore Ad5/3-D24-GMCSF is a promising agent for treatment of cancer and clinical Phase I and I/II trials have been initialized for further analysis of this agent.Pitkälle edenneet ja laajalle levinneet syövät ovat edelleen usein parantumattomissa olevia tauteja, huolimatta nykyisten syöpähoitomuotojen kehityksestä. Syövän geeniterapia adenoviruksilla on lupaava uusi hoitomuoto ja adenovirushoitoja on tutkittu lukuisissa kliinisissä tutkimuksissa ympäri maailmaa. Hoitojen turvallisuus on yleisesti ollut varsin hyvä ja haittavaikutukset siedettäviä. Hoitojen tehokkuutta on kuitenkin edelleen tarve parantaa, erityisesti jos virus annostellaan suonensisäisesti. Adenoviruksen luonnollinen hakeutuminen verenkierrosta maksaan on yksi suonensisäitä annostelua hankaloittavista asioista. Adenovirukset sitoutuvat suoraan tiettyihin maksasolujen solupinnan reseptoreihin ja lisäksi veren hyytymistekijät sitovat verenkierrossa olevia viruspartikkeleita, mikä johtaa partikkeleiden hakeutumiseen maksakudokseen. Tämän väitöskirjan osajulkaisuissa tavoitteena on ollut tutkia tapoja vähentää suonensisäisesti annosteltujen virusten maksahakuisuutta. Lisäksi hoitojen tehokkuutta on pyritty parantamaan käyttämällä - verenpainelääkkeenäkin käytettyä - verapamiilia virushoidon liitännäishoitona ja lisäämällä viruksen perimään elimistön syövänvastaista puolustusreaktiota tehostava välittäjäaine. Virusten maksahakuisuutta pyrittiin tutkimuksessa vähentämään kahdella pääasiallisella tavalla. Koe-eläinmallina käytimme hiiriä, joille oli istutettu rintasyöpäkasvaimet. Ensimmäisessä lähestymistavassa hiiret esihoidettiin veren hyytymistekijöitä vähentävällä varfariinilla. Tämän jälkeen hiirille annettiin suonensisäinen adenoviruspistos. Esihoidon havaittiin vähentävän viruksen maksahakuisuutta. Lisäksi hiirien verihiutalemääriä vähennettiin ja eräiden maksan erikoistuneiden syöjäsolujen toimintaa estettiin toisilla esihoidoilla. Yhdistelmähoito näillä kolmella esihoidolla johti tehostuneeseen viruksen geenien ilmentämiseen hiirien kasvaimissa maksaan verrattuna, mikä viittaa parempaan hoitotehoon. Toisessa lähestymistavassa kehitimme adenoviruksen, jonka kuoren soluunsitoutumisominaisuuksia oli muokattu niin, että sen sitoutuminen maksan solureseptoreihin on vähäisempää ja puolestaan kasvainsolujen solureseptoreihin sitoutuminen on parempaa. Tämän viruksen maksahakuisuuden havaittiin olevan vähäisempää kuin tavallisen kuoren omaavalla viruksella. Kun tämä virus yhdistettiin hiirten esihoitoon varfariinilla, vaikutti maksahakuisuus vähenevän vielä tehokkaammin. Liitännäishoitona annetun verapamiilin on koe-eläimillä osoitettu parantavan adenovirusten tehoa syövän geeniterapiassa. Tutkimme nyt pitkälle edennyttä syöpää sairastavia potilaita, jotka olivat saaneet verapamiilia adenovirushoitojen liitännäishoitona osana kokeellista hoito-ohjelmaa. Potilashoidoissa verapamiili lisäsi viruspartikkelien määrää veressä hoitojen jälkeen, viitaten viruksen tehostuneeseen vapautumiseen ja leviämiseen syöpäkudoksissa, mikä puolestaan voi johtaa parempaan hoitotehoon. Hoidot olivat hyvin siedettyjä eikä hoitojen haittavaikutuksissa ollut eroa verrattuna verrokkipotilaisiin, jotka olivat saaneet virushoidon ilman verapamiilia. Näin ollen verapamiili oli turvallinen geeniterapian liitännäishoitona, mutta liitännäishoidon vaikutus hoitojen tehokkuuteen tulisi määrittää jatkotutkimuksissa. Virushoitojen tehoa pystytään nykykäsityksen mukaan lisäämään liittämällä virukseen siirtogeeniksi elimistön syövänvastaisia puolustusreaktioita voimistava välittäjäaine. Kehitimme adenoviruksen, jonka kuorta on muokattu tehostamaan syöpäsolujen infektointia ja virus ilmentää siirtogeeninä GM-CSF välittäjäainetta. Eläinkokeissa ja solumaljoilla testattuna tämä virus (Ad5/3-D24-GMCSF) osoitti hyvää tehokkuutta ja viruksen monistuminen ja siirtogeenin ilmentyminen rajoittuivat hyvin kasvainkudokseen. Viruksella hoidettiin 21 pitkälle edennyttä syöpää sairastavaa potilasta kokeellisen hoito-ohjelman puitteissa. Hoidot olivat hyvin siedettyjä ja havaitsimme merkkejä sekä virusta että kasvaimia kohtaan suuntautuvien puolustusreaktioiden aktivoitumisesta. Lisäksi suurella osalla potilaista havaittiin lupaavia merkkejä hoitojen tehokkuudesta. Näin ollen Ad5/3-D24-GMCSF virus vaikuttaa lupaavalta syövän hoidossa ja sillä on aloitettu kliiniset vaiheen I ja I/II tutkimukset hoidon jatkokehittelyä ja -tutkimusta varten.
Subject: lääketiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
improvin.pdf 2.272Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record