Controlling transduction and replication of oncolytic adenoviruses

Despite progress in conventional cancer treatment regimes, metastatic disease essentially remains incurable and new treatment alternatives are needed. Virotherapy is a relatively novel approach in cancer treatment. It harnesses the natural ability of oncolytic viruses to kill the cells they proliferate in and to spread to neighboring cells, thereby amplifying the therapeutic effect of the initial input dose. The use of replicating, oncolytic viruses for cancer treatment necessitates introduction of various genetic modifications to the viral genome, thereby restraining replication exclusively to tumor cells and eventually obtaining selective eradication of the tumor without side effects to healthy tissue. Furthermore, various modifications can be applied to the viral capsid in hope of gaining effective transduction of target tissue. In other words, the entry of viruses into tumor tissue can be augmented by allowing the virus to utilize non-native receptors for entry. Genetic capsid modifications may also help to avoid some major hurdles in systemic delivery that ultimately lead to the rapid clearance of the virus from the blood and virus induced toxicity. In addition to genetic modifications that alter the phenotype of the virus, some pharmacologic agents may be utilized to enhance the virus entry to target site. Liver kupffer cells (KC) are responsible for the majority of viral clearance after systemic viral delivery and they play a major role in adenovirus induced acute toxicity. The therapeutic window could possibly be widened by transiently depleting KCs, allowing smaller viral input doses and diminishing KC related toxicity. The transductional efficacy of various capsid modified viruses was analyzed in vitro and in vivo in murine orthotopic breast cancer model. The effect of capsid modifications on the oncolytic efficacy, i.e. the ability of the viruses to kill cancer cells, was evaluated in vitro and in vivo in murine cancer models. We concluded that capsid modifications result in transductional enhancement, and that enhanced transduction translates into more potent oncolysis in vitro and in vivo. When KC depleting agents were used in vivo prior to viral injections, enhanced tumor transduction was seen, but this effect was not translated into enhanced antitumor activity. Transcriptional regulation of replicative oncolytic viruses is a prerequisite for virotherapy. Tumor or tissue specific promoters can be used to control the transcription of adenoviral early genes to gain cancer specific viral replication. Specific deletions in viral regions essential for virus replication in normal cells can further increase the safety by allowing viral genome replication in cancer cells featuring specific mutations. Genetically modified viruses were shown to be able to kill putative cancer stem cells that are thought to be responsible for post treatment relapses and metastasis. Further, pharmacologic intervention reduced viral replication and thereby might offer an additional safety switch in case viral replication related side effects are encountered.

Sarveiskalvon permeabiliteetin ennustaminen QSPR-mallin avulla

QSPR-malli kuvaa kvantitatiivista riippuvuutta muuttujien ja biologisen ominaisuuden välillä. Näin ollen QSPR mallit ovat käyttökelpoisia lääkekehityksen apuvälineitä. Kirjallisessa osassa kerrotaan sarveiskalvon, suoliston ja veriaivoesteen permeabiliteetin malleista. Useimmin käytettyjä muuttujia ovat yhdisteen rasvaliukoisuus, polaarinen pinta-ala, vetysidosten muodostuminen ja varaus. Myös yhdisteen koko vaikuttaa läpäisevyyteen, vaikka tutkimuksissa onkin erilaista tietoa tämän merkittävyydestä. Malliin vaikuttaa myös muiden kuin mallissa mukana olevien muuttujien suuruusluokka esimerkkinä Lipinskin ‖rule of 5‖ luokittelu. Tässä luokittelussa yhdisteen ominaisuus ei saa ylittää tiettyjä raja-arvoja. Muussa tapauksessa sen imeytyminen suun kautta otettuna todennäköisesti vaarantuu. Lisäksi kirjallisessa osassa tutustuttiin kuljetinproteiineihin ja niiden toimintaan silmän sarveiskalvossa, suolistossa ja veriaivoesteessä. Nykyisin on kehitetty erilaisia QSAR-malleja kuljetinproteiineille ennustamaan mahdollisten substraatittien tai inhibiittorien vuorovaikutuksia kuljetinproteiinin kanssa. Kokeellisen osan tarkoitus oli rakentaa in silico -malli sarveiskalvon passiiviselle permeabiliteetille. Työssä tehtiin QSPR-malli 54 yhdisteen ACDLabs-ohjelmalla laskettujen muuttujien arvojen avulla. Permeabiliteettikertoimien arvot saatiin kirjallisuudesta kanin sarveiskalvon läpäisevyystutkimuksista. Lopullisen mallin muuttujina käytettiin oktanoli-vesijakaantumiskerrointa (logD) pH:ssa 7,4 ja vetysidosatomien kokonaismäärää. Yhtälö oli muotoa log10(permeabiliteettikerroin) = -3,96791 - 0,177842Htotal + 0,311963logD(pH7,4). R2-korrelaatiokerroin oli 0,77 ja Q2-korrelaatiokerroin oli 0,75. Lopullisen mallin hyvyyttä arvioitiin 15 yhdisteen ulkoisella testijoukolla, jolloin ennustettua permeabiliteettia verrattiin kokeelliseen permeabiliteettiin. QSPR-malli arvioitiin myös farmakokineettisen simulaation avulla. Simulaatiossa laskettiin seitsemän yhdisteen kammionestepitoisuudet in vivo vakaassa tilassa käyttäen simulaatioissa QSPR mallilla ennustettuja permeabiliteettikertoimia. Lisäksi laskettiin sarveiskalvon imeytymisen nopeusvakio (Kc) 13 yhdisteelle farmakokineettisen simulaation avulla ja verrattiin tätä lopullisella mallilla ennustettuun permeabiliteettiin. Tulosten perusteella saatiin tilastollisesti hyvä QSPR-malli kuvaamaan sarveiskalvon passiivista permeabiliteettia, jolloin tätä mallia voidaan käyttää lääkekehityksen alkuvaiheessa. QSPR-malli ennusti permeabiliteettikertoimet hyvin, mikä nähtiin vertaamalla mallilla ennustettuja arvoja kokeellisiin tuloksiin. Lisäksi yhdisteiden kammionestepitoisuudet voitiin simuloida käyttäen apuna QSPR-mallilla ennustettuja permeabiliteettikertoimien arvoja.