Виротерапия: Использование вирусов в борьбе с раком и другими заболеваниями.

Введение

Лечение с использованием биотехнологии для преобразования вирусов в терапевтические средства

Виротерапия – это лечение, использующее биотехнологии для преобразования вирусов в терапевтические агенты путем перепрограммирования вирусов для лечения заболеваний. Существуют три основных направления виротерапии: онколитические вирусы для борьбы с раком, вирусные векторы для генной терапии и вирусная иммунотерапия. Эти направления используют три различных метода лечения: сверхэкспрессия генов, нокаут генов и доставка суицидных генов. Сверхэкспрессия генов добавляет генетические последовательности, компенсирующие низкий или нулевой уровень необходимой экспрессии генов. Нокаут генов использует методы на основе РНК для подавления или снижения экспрессии генов, вызывающих заболевания. Доставка суицидных генов вводит генетические последовательности, индуцирующие апоптоз в клетках, обычно для уничтожения раковых новообразований. В несколько ином контексте виротерапия также может в более широком смысле относиться к использованию вирусов для лечения определенных заболеваний путем уничтожения патогенов.

История

Честер М. Саутхэм, исследователь из Мемориального онкологического центра Слоан-Кеттеринг, был пионером в изучении вирусов как потенциальных агентов для лечения рака.

Онколитическая вирусотерапия

Онколитическая вирусотерапия – не новая идея: уже в середине 1950-х годов врачи отмечали, что у пациентов с раком, перенесших не связанную с онкологией вирусную инфекцию или недавно получивших вакцинацию, наблюдались признаки улучшения. Это в значительной степени связывалось с выработкой интерферона и факторов некроза опухоли в ответ на вирусную инфекцию, однако онколитические вирусы разрабатываются таким образом, чтобы избирательно воздействовать и разрушать только раковые клетки. В 1940-х и 1950-х годах проводились исследования на животных моделях для оценки возможности использования вирусов в лечении опухолей. В 1940-1950-х годах стартовали одни из первых клинических испытаний онколитических вирусов на людях.

Механизм

Считается, что онколитические вирусы достигают своих целей двумя механизмами: селективным уничтожением опухолевых клеток и привлечением иммунной системы организма. Одной из основных задач в лечении рака является поиск методов, которые воздействуют на опухолевые клетки, не затрагивая здоровые клетки организма. Вирусы выбирают, поскольку они способны нацеливаться на специфические рецепторы, экспрессируемые раковыми клетками, что обеспечивает проникновение вируса в клетку. Примером является нацеливание вируса кори на CD46 в клетках множественной миеломы. Экспрессия этих рецепторов часто повышена в опухолевых клетках. Испытывались различные методы доставки, включая интратуморальный, внутривенный, внутрибрюшинный и другие. В настоящее время онколитические вирусы изучаются при лечении опухолей ЦНС, рака почек, рака головы и шеи, рака яичников и других видов рака. Из вируса были удалены два гена – один, подавляющий защитные механизмы клетки, и другой, помогающий вирусу уклоняться от иммунной системы, – и добавлен ген человеческого ГМ-КСФ. Препарат действует, размножаясь в раковых клетках и вызывая их разрушение; он также был разработан для стимуляции иммунного ответа, однако по состоянию на 2016 год этому не было подтверждено. Препарат был создан и первоначально разработан компанией BioVex, Inc., а затем его разработка была продолжена компанией Amgen, которая приобрела BioVex в 2011 году. Он стал первым онколитическим вирусом, одобренным в западных странах.

Другие

RIGVIR – это препарат для вирусотерапии, одобренный Государственным агентством лекарственных средств Латвийской Республики в 2004 году. Он представляет собой вирус ECHO 7 дикого типа, принадлежащий к семейству эховирусов. Потенциальное использование эховируса в качестве онколитического вируса для лечения рака было открыто латвийским ученым Айной Муценье в 1960-х и 1970-х годах. По состоянию на 2017 год не было достаточных доказательств эффективности RIGVIR в качестве противоракового средства. 19 марта 2019 года производитель ECHO 7, SIA LATIMA, объявил о снятии препарата с продажи в Латвии, ссылаясь на финансовые и стратегические причины, а также на недостаточную прибыльность. Однако спустя несколько дней в результате расследования на телевидении выяснилось, что Государственное агентство лекарственных средств провело лабораторные исследования образцов препарата и обнаружило, что содержание вируса ECHO 7 значительно ниже заявленного производителем. В марте 2019 года распространение ECHO 7 в Латвии было остановлено.

Проблемы и перспективы

Хотя онколитические вирусы созданы для избирательного воздействия на опухолевые клетки, всегда существует вероятность побочных эффектов, вызывающих симптомы, характерные для данного вируса.

Механизм

Использование вирусного материала для доставки гена начинается с разработки вирусного вектора. Хотя молекулярные механизмы вирусных векторов различаются, существуют общие принципы, которые принимаются во внимание. При заболеваниях, вызванных генетической мутацией, приводящей к дефициту гена, этот ген восстанавливается. При заболеваниях, обусловленных чрезмерной экспрессией гена, может быть применена вирусная генная инженерия для подавления его активности. В первом случае вирусный вектор доставляется непосредственно в орган или ткань пациента. Во втором случае желаемая ткань извлекается, генетически модифицируется и затем возвращается пациенту. Молекулярные механизмы доставки генов и/или их интеграции в клетки зависят от используемого вирусного вектора. Luxturna – первая генная терапия, одобренная в США для лечения моногенных заболеваний, и разрешена к применению в ЕС с 2018 года. В 2019 году FDA одобрило Zolgensma, генно-терапевтический продукт на основе AAV-вектора для лечения спинальной мышечной атрофии у детей до двух лет. По состоянию на август 2019 года это самое дорогостоящее лечение в мире, стоимость которого превышает два миллиона долларов США. Novartis по-прежнему добивается разрешения на маркетинг препарата в ЕС (по состоянию на 2019 год). Это приводит к атаке Т-лимфоцитов на клетки, экспрессирующие нежелательный белок. В настоящее время FDA одобрило два метода лечения – Tisagenlecleucel и Axicabtagene ciloleucel – для терапии острой лимфобластной лейкемии и диффузной крупноклеточной B-клеточной лимфомы соответственно. Это была первая генная терапия, одобренная в ЕС. Препарат так и не получил одобрения FDA в США, и его производство было прекращено компанией-производителем в 2017 году из-за вопросов прибыльности; его использование в ЕС больше не разрешено. Однако иммунный ответ на вирусные векторы в иммунно-привилегированных участках, таких как глаз, может быть снижен по сравнению с другими областями организма. Как и в случае с другими формами вирусотерапии, предотвращение нецелевого редактирования генома вызывает опасения. Помимо вирусного редактирования генов, другие технологии редактирования генома, такие как CRISPR, показали большую точность и лучший контроль над доставкой генов.

The use of viral material to deliver a gene starts with the engineering of the viral vector. Though the molecular mechanism of the viral vector differ from vector to vector, there are some general principles that are considered. In diseases that are secondary to a genetic mutation that causes the lack of a gene, the gene is added back in. In diseases that are due to the overexpression of a gene, viral genetic engineering may be introduced to turn off the gene. In the former, the viral vector is delivered directly to the organ or the tissue of the patient. In the later, the desired tissue is first retrieved, genetically modified, and then transferred back to the patient. The molecular mechanisms of gene delivery and/or integration into cells vary based on the viral vector that is used. Luxturna is the first gene therapy approved in the US for the treatment of a monogenetic disorder. It has been authorized for use in the EU since 2018. In 2019, the FDA approved Zolgensma, an AAV vector based gene therapy product for the treatment of spinal muscular atrophy in children under the age of two. As of August 2019, it is the world's most expensive treatment, at a cost of over two million USD. Novartis is still seeking marketing approval for the drug in the EU as of 2019. This causes the T lymphocytes to attack the cells that express the undesired protein. Currently two therapies, Tisagenlecleucel and Axicabtagene ciloleucel are FDA approved to treat acute lymphoblastic leukemia and diffuse large B cell lymphoma respectively. It was the first gene therapy approved in the EU. The drug never received FDA approval in the US, and was discontinued by its manufacturer in 2017 due to profitability concerns. it is no longer authorized for use in the EU. However, responses to viral vectors at immune privileged sites such as the eye may be reduced compared to other sites of the body. As with other forms of virotherapy, prevention of off target genome editing is a concern. In addition to viral gene editing, other genome editing technologies such as CRISPR gene editing have been shown to be more precise with more control over the delivery of genes.

Лечение рака

Вирусная иммунотерапия в контексте рака стимулирует иммунную систему организма для более эффективной борьбы с раковыми клетками. В отличие от предотвращения причин рака, как это обычно подразумевается в отношении вакцин, вакцины против рака используются для лечения уже развившегося заболевания. Механизм действия зависит от используемого вируса и метода лечения. Онколитические вирусы, как было описано в предыдущем разделе, стимулируют иммунную систему хозяина посредством высвобождения опухолеассоциированных антигенов при лизисе, а также путем разрушения микроокружения опухоли, которое помогает ей избегать иммунного ответа. Одним из таких простейших, исследуемых в потенциальных вирусотерапевтических подходах, является Naegleria fowleri, вызывающая первичный амебный менингоэнцефалит (ПАМ). Имея уровень смертности 95%, этот вызывающий заболевание эукариот обладает одним из самых высоких показателей летальности среди известных патогенов. Химиотерапевтические препараты, нацеленные на эту амебу для лечения ПАМ, испытывают трудности при преодолении гематоэнцефалического барьера. Однако направленная эволюция высоко вирулентных вирусов протозойных патогенов (ВВПП) может позволить разработать вирусные терапии, способные легче достигать этого эукариотического возбудителя болезни, проникая через гематоэнцефалический барьер аналогично бактериофагам. Эти ВВПП также будут самовоспроизводиться, что потребует нечастого введения и меньших доз, потенциально снижая токсичность. Хотя эти методы лечения протозойных заболеваний могут быть многообещающими, подобно бактериофаговой вирусной терапии, существенным риском является эволюционное последствие использования вирусов, способных к патогенности в отношении эукариот. ВВПП будут обладать развитыми механизмами вставки и репликации ДНК, манипулирующими эукариотическими поверхностными белками и белками редактирования ДНК. Поэтому при разработке ВВПП необходимо контролировать возможность мутаций вирусов, которые могут привести к связыванию с поверхностными белками и манипулированию ДНК инфицированного хозяина.