Oncolytic Adenoviruses for Gynecologic Cancer

Gene therapy is a promising novel approach for treating cancers resistant to or escaping currently available modalities. Treatment approaches are based on taking advantage of molecular differences between normal and tumor cells. Various strategies are currently in clinical development with adenoviruses as the most popular vehicle. Recent developments include improving targeting strategies for gene delivery to tumor cells with tumor specific promoters or infectivity enhancement. A rapidly developing field is as well replication competent agents, which allow improved tumor penetration and local amplification of the anti-tumor effect. Adenoviral cancer gene therapy approaches lack cross-resistance with other treatment options and therefore synergistic effects are possible. This study focused on development of adenoviral vectors suitable for treatment of various gynecologic cancer types, describing the development of the field from non-replicating adenoviral vectors to multiple-modified conditional replicating viruses. Transcriptional targeting of gynecologic cancer cells by the use of the promoter of vascular endothelial growth factor receptor type 1 (flt-1) was evaluated. Flt-1 is not expressed in the liver and thus an ideal promoter for transcriptional targeting of adenoviruses. Our studies implied that the flt-1 promoter is active in teratocarcinomas.and therefore a good candidate for development of oncolytic adenoviruses for treatment of this often problematic disease with then poor outcome. A tropism modified conditionally replicating adenovirus (CRAd), Ad5-Δ24RGD, was studied in gynecologic cancers. Ad5-Δ24RGD is an adenovirus selectively replication competent in cells defective in the p16/Rb pathway, including many or most tumor cells. The fiber of Ad5-Δ24RGD contains an integrin binding arginine-glycine-aspartic acid motif (RGD-4C), allowing coxackie-adenovirus receptor independent infection of cancer cells. This approach is attractive because expression levels of CAR are highly variable and often low on primary gynecological cancer cells. Oncolysis could be shown for a wide variety of ovarian and cervical cancer cell lines as well as primary ovarian cancer cell spheroids, a novel system developed for in vitro analysis of CRAds on primary tumor substrates. Biodistribution was evaluated and preclinical safety data was obtained by demonstrating lack of replication in human peripheral blood mononuclear cells. The efficicacy of Ad5-Δ24RGD was shown in different orthotopic murine models including a highly aggressive intraperitoneal model of disseminated ovarian cancer cells, where Ad5-Δ24RGD resulted in complete eradication of intraperitoneal disease in half of the mice. To further improve the selectivity and specificity of CRAds, triple-targeted oncolytic adenoviruses were cloned, featuring the cyclo-oxygenase-2 (cox-2) promoter, E1A transcomplementation and serotype chimerism. Those viruses were evaluated on ovarian cancer cells for specificity and oncolytic potency with regard to two different cox2 versions and three different variants of E1A (wild type, delta24 and delta2delta24). Ad5/3cox2Ld24 emerged as the best combination due to enhanced selectivity without potency lost in vitro or in an aggressive intraperitoneal orthotopic ovarian tumor model. In summary, the preclinical therapeutic efficacy of the CRAds tested in this study, taken together with promising biodistribution and safety data, suggest that these CRAds are interesting candidates for translation into clinical trials for gynecologic cancer.

Syöpä on toiseksi yleisin kuolinsyy Euroopassa aiheuttaen lähes neljänneksen kaikista kuolemantapauksista. Naisilla kohdunkaulansyöpä on yksi nuorten naisten yleisimmistä syövistä kun taas iäkkäämmillä naisilla sekä kohdunrunko- että munasarjasyöpä ovat yleistyneet. Vaikka hoitotulokset ovat parantuneet huomattavasti uusien hoitomuotojen myötä, pitkälle edenneeseen kohdunrunko- ja munasarjasyöpään ei usein ole parantavaa hoitoa. Tutkimuksemme tavoitteena oli uusien hoitomuotojen kehittäminen erityisesti pitkälle edenneisiin gynegologisiin syöpiin, joihin ei tällä hetkellä ole olemassa parantavaa hoitoa. Uusien hoitomuotojen kehittelyssä hyödynnettiin adenovirusta, joka on yksi yleisimmistä flunssaa aiheuttavista viruksista. Adenovirukset pystyvät monistumaan infektoimissaan kohdesoluissa, minkä seurauksena solu tuhoutuu vapauttaen ympäristöönsä uusia viruspartikkeleita, jotka voivat edelleen infektoida uusia kohdesoluja. Adenoviruksia voidaan myös muokata siten, että normaalien solujen sijaan virukset tunnistavat ja tuohoavat vain syöpäsoluja. Tällöin puhutaan ns. onkolyyttisistä adenoviruksista. Onkolyyttisiä adenoviruksia voidaan muokata syöpäsoluspesifiseksi pääasiassa kahdella eri tavalla. Yksi mahdollinen tapa on muokata virusten pintarakenteita siten, että virukset infektoivat vain syöpäsoluja. Toinen tapa perustuu adenovirusten genomin muokkaukseen, minkä seurauksena kyseiset virukset pystyvät monistumaan vain syöpäsoluissa. Nämä muokkaukset lisäävät sekä virusten tehokkuutta että vähentävät virusten mahdollisia sivuvaikutuksia. Tutkimuksessamme rakensimme ja testasimme onkolyyttisiä adenoviruksia, joita muokattiin syöpäsoluspesifisiksi erilaisia menetelmiä yhdistäen. Tutkimuksissamme havaitsimme, että kyseiset muokatut onkolyyttiset adenovirukset pystyivät monistumaan vain syöpäsoluissa, minkä seurauksena syöpäsolut tuhoutuivat tehokkaasti soluviljelymalleissa. Testasimme rakentamiamme onkolyyttisiä adenoviruksia myös kohdunakaula- ja munasarjasyöpien hiirimalleissa. Virushoidoilla pystyttiin estämään tehokkaasti sekä munasarja- että kohdunkaulasyöpäkasvainten kasvua ja joissain tapauksissa kasvaimet pystyttiin tuhoamaan täysin virushoitojen avulla. Lisäksi testasimme kyseisten virusten turvallisuutta sekä ihmisistä eristetyillä valkosoluilla että hiirimalleilla. Saamiemme tulosten perusteella onkolyyttisiä adenoviruksia muokkaamalla pystytään tuhoamaan syöpäsoluja hyvin tehokkaasti sekä soluviljely- että hiirimalleissa. Lisäksi erilaiset muokkausten avulla virusten tehokkuutta ja turvallisuutta pystytään parantamaan. Tutkimustulostemme perusteella muokatut onkolyyttiset adenovirukset ovat yksi lupaavista kehitteillä olevista gynegologisten syöpien hoitomuodoista.