An oncolytic reovirus-based platform amenable to oral vaccination

Impfstoffe sind seit langem das mächtigste Werkzeug, das die Menschheit im Kampf gegen Infektionskrankheiten und Krebs besitzt, doch ihre Verabreichung beruht oft auf Nadeln und Kühlung, was Barrieren für Menschen in abgelegenen Gebieten oder für diejenigen schafft, die Angst vor Injektionen haben. Darüber hinaus sind viele Standardimpfstoffe darauf ausgelegt, durch den Blutkreislauf zu wandern, um eine körperweite Abwehr zu generieren, aber sie haben oft Schwierigkeiten, einen starken Schutz an den Eintrittspunkten des Körpers aufzubauen, wie etwa der Auskleidung des Darms oder der Lunge, wo viele Viren zuerst eindringen und wo bestimmte Krebsarten häufig beginnen. Wissenschaftler suchen nach einem Weg, eine robuste Immunreaktion über den Mund auszulösen – eine Methode, die leicht zu verabreichen wäre und natürlich diese verwundbaren Schleimhäute angreifen würde, aber die raue Umgebung des Verdauungssystems hat dies zu einer schwierigen technischen Herausforderung gemacht.

In einer neuen Studie haben Forscher eine vielversprechende Lösung unter Verwendung eines Virus entwickelt, das natürlich an das Überleben im menschlichen Darm angepasst ist. Sie haben eine harmlose Version eines Reovirus gentechnisch verändert, ein Virus, das natürlicherweise den Darm infiziert, um es als Transportmittel für spezifische krankheitsbekämpfende Anweisungen einzusetzen. Durch den Austausch eines Teils der äußeren Hülle des Virus, der normalerweise hilft, an Zellen anzuhaften, ersetzten sie diesen durch Teile von Proteinen anderer Bedrohungen, wie etwa eines Modell-Krebs-Proteins oder eines Teils des Coronavirus. Dieses modifizierte Virus wurde so konzipiert, dass es sicher ist und gesunden Menschen keine Krankheit verursacht, aber dennoch potent genug ist, um das Immunsystem zu wecken. Die Forscher fanden heraus, dass dieses Virus, wenn es oral verabreicht wurde, erfolgreich den Magen und den Darm durchquerte, um die Immunzellen des Körpers zu trainieren, wodurch ein duales Verteidigungssystem geschaffen wurde, das sowohl gegen das spezifische Virus, das es trug, als auch gegen den Krebs, auf den es programmiert war, schützte.

Das Team begann damit, eine lebende, abgeschwächte Form des Reovirus namens T3D zu nehmen und seine Oberfläche gentechnisch umzuprogrammieren. Sie entfernten einen spezifischen Abschnitt des äußeren Proteins des Virus, der normalerweise wie ein Schlüssel fungiert, um Zellen zu öffnen, und fügten an dessen Stelle genetische Anweisungen für fremde Antigene ein. Diese Antigene umfassten Ovalbumin, ein in der Forschung häufig verwendetes Protein, und die Rezeptor-Bindungsdomäne des SARS-CoV-2-Virus, also den Teil des Coronavirus, der sich an menschliche Zellen heftet. Das Ziel war es, ein Virus zu erschaffen, das diese fremden Ziele auf seiner Oberfläche präsentieren kann und gleichzeitig stabil genug ist, um die sauren Bedingungen des Magens zu überstehen. Die Forscher bestätigten, dass diese manipulierten Viren immer noch in der Lage waren, sich in Zellen zu replizieren und die neuen Proteine auf ihrer Oberfläche zu produzieren, was das Virus effektiv in ein bewegliches Werbeplakat für das Immunsystem verwandelte, das die Zielstrukturen erkennt.

Um zu testen, ob dieser Ansatz funktionierte, verabreichten die Wissenschaftler die manipulierten Viren an Mäuse auf verschiedene Arten, einschließlich Injektionen und oraler Gavage, was dem Schlucken einer Pille oder Flüssigkeit gleicht. Sie entdeckten, dass alle Verabreichungswege erfolgreich eine starke Immunreaktion auslösten, indem sie Antikörper produzierten und T-Zellen aktivierten, welche die spezialisierten Soldaten des Körpers sind, die infizierte oder krebsartige Zellen jagen. Der orale Weg bot jedoch einen einzigartigen und entscheidenden Vorteil: Er erzeugte hohe Mengen an IgA-Antikörpern. Dies sind eine spezifische Art von Antikörpern, die die Schleimhäute des Darms und der Lunge auskleiden und somit eine erste Verteidigungslinie genau dort bieten, wo viele Krankheitserreger in den Körper gelangen. Dies deutte darauf hin, dass der orale Impfstoff nicht nur eine allgemeine Immunreaktion hervorrief, sondern gezielt die Eintrittspunkte des Körpers stärkte.

Die Forscher testeten dann, ob dieses Immuntraining Krebs verhindern konnte. Sie verwendeten ein Mausmodell für Melanom, eine Art Hautkrebs, das genetisch so modifiziert worden war, dass es dasselbe Protein zeigte, welches das Virus trug. Mäuse, die den oralen Impfstoff erhalten hatten, waren geschützt vor der Entwicklung von Tumoren, wenn sie später den Krebszellen ausgesetzt wurden. Tatsächlich war der Impfstoff so effektiv, dass er in vielen Fällen verhinderte, dass der Krebs überhaupt erst Fuß fasste. Als die Forscher in die Lungen der Mäuse blickten, denen die Krebszellen intravenös verabreicht worden waren, um eine Metastasierung zu simulieren, zeigten die geimpften Mäuse im Vergleich zu den ungeimpften Kontrollgruppen eine dramatische Reduktion des Tumorwachstums. Das Immunsystem, das durch das orale Virus sensibilisiert worden war, erkannte die Krebszellen als Eindringlinge und eliminierte sie, bevor sie sich ausbreiten konnten.

Ein entscheidender Teil der Studie war die Bestimmung, wie dieser Schutz funktionierte. Die Wissenschaftler wollten wissen, ob das Virus lediglich vorhanden sein musste, um das Ziel dem Immunsystem zu zeigen, oder ob das Virus im Körper aktiv replizieren und sich vermehren musste, um effektiv zu sein. Sie testeten dies, indem sie eine Version des Virus verwendeten, die mit ultraviolettem Licht abgetötet worden war, wodurch sie nicht mehr in der Lage war, sich zu reproduzieren. Als sie dieses tote Virus an Mäuse verabreichten, schaffte es nicht, sie vor dem Krebs zu schützen. Dieser Befund bewies, dass das Virus am Leben sein und sich replizieren muss, um die notwendige Immunreaktion zu erzeugen. Die aktive Replikation scheint essenziell zu sein, damit das Virus als potenter Adjuvans wirken kann – eine Substanz, die die Reaktion des Körpers verstärkt und sicherstellt, dass das Immunsystem den neuen Zielstrukturen die nötige Aufmerksamkeit schenkt.

Die Studie befasste sich auch mit einem häufigen Bedenken bei virusbasierten Therapien: Was passiert, wenn eine Person bereits natürlich mit dem Virus in Kontakt gekommen ist? Reoviren kommen in der menschlichen Bevölkerung sehr häufig vor, und viele Menschen besitzen bereits Antikörper dagegen. Die Forscher testeten, ob diese bereits bestehende Immunität die Wirksamkeit des Impfstoffs blockieren würde. Sie gaben den Mäusen eine Serie von Dosen des natürlichen Virus, um eine vorherige Exposition zu simulieren, und impften sie dann mit der manipulierten Version. Überraschenderweise verhinderte die bereits bestehende Immunität nicht die Wirksamkeit des Impfstoffs. Das manipulierte Virus war immer noch in der Lage, sich stark genug zu replizieren, um eine robuste Immunreaktion gegen den Krebs auszulösen, was darauf hindeutet, dass diese Plattform selbst in Populationen effektiv sein könnte, in denen das Virus bereits weit verbreitet ist.

Schließlich untersuchte das Team, ob dieser Impfstoff auch in Kombination mit anderen Behandlungen funktionieren könnte. Sie fanden heraus, dass die Ergebnisse noch kraftvoller waren, wenn der orale Impfstoff mit einer Art von Therapie kombiniert wurde, die als Immun-Checkpoint-Blockade bekannt ist und hilft, das Immunsystem zu unterstützen, die Abwehrmechanismen zu überwinden, die Krebs nutzt, um sich zu verstecken. Die Kombination führte zu einer signifikanten Steigerung der Überlebensraten bei Mäusen mit bereits bestehenden Tumoren, was weitaus besser war als jede der beiden Behandlungen allein. Dies deutet darauf hin, dass der orale Virusimpfstoff Tumore für andere Therapien sensibilisieren kann, indem er sie anfälliger für Angriffe macht. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass diese Plattform eine vielseitige und zugängliche Möglichkeit zur Verabreichung von Impfstoffen bietet, die in der Lage ist, sowohl eine systemische als auch eine mukosale Immunität ohne die Notwendigkeit von Nadeln oder Kühlung zu induzieren, was potenziell neue Wege zur Vorbeugung von Infektionskrankheiten und zur Behandlung von Krebsarten eröffnet, die im Darm und in der Lunge entstehen.