A chimeric oncolytic poxvirus overcomes barriers to systemic cancer virotherapy

Il trattamento del cancro si è a lungo basato sull'idea di utilizzare le difese stesse del corpo per combattere la malattia, ma un approccio promettente deve affrontare un ostacolo ostinato: il sistema immunitario è troppo bravo nel fare il suo lavoro. Gli scienziati hanno sviluppato virus capaci di cercare e distruggere le cellule tumorali, una strategia nota come viroterapia oncolitica. Questi virus agiscono come cacciatori microscopici, infettando solo il tumore e facendo esplodere le cellule. Tuttavia, quando i medici cercano di somministrare questi virus attraverso una vena per raggiungere i tumori sparsi in tutto il corpo, il sistema immunitario del paziente spesso li neutralizza prima che possano fare del male. Il corpo riconosce il virus come un invasore, crea anticorpi per bloccarlo e lo elimina dal flusso sanguigno. Ciò rende incredibilmente difficile trattare i tumori che si sono diffusi, poiché il medicinale non raggiunge mai il suo bersaglio. La sfida, quindi, è ingegnerizzare un virus che sia abbastanza forte da sopravvivere a questo assalto immunitario, diffondersi efficacemente attraverso il tumore e scatenare un attacco potente contro il cancro senza essere fermato dalle difese naturali del corpo.

Un team di ricercatori della Transgene in Francia ha intrapreso una strada diversa per risolvere questo problema. Invece di progettare attentamente un virus su un computer, hanno utilizzato un processo chiamato evoluzione diretta, lasciando essenzialmente che la natura selezioni la migliore versione del virus attraverso tentativi ed errori. Sono partiti con una libreria di sedici diversi poxvirus, una famiglia di virus che include quello utilizzato per eradicare il vaiolo. Hanno mescolato questi virus insieme e hanno infettato cellule di cancro ai polmoni umani in una capsula di laboratorio. L'obiettivo era costringere i virus a competere tra loro. Hanno raccolto i virus dopo un periodo molto breve, permettendo solo alle varianti più veloci e aggressive di sopravvivere e riprodursi. Hanno ripetuto questo processo ancora e ancora, applicando condizioni rigorose che favorissero i virus capaci di uccidere le cellule rapidamente e di diffondersi efficientemente. Dopo nove round di questa intensa selezione, hanno isolato un singolo, unico virus che hanno chiamato PoxSTG.

Questo nuovo virus è un mosaico genetico, un chimera creato da sei diversi virus genitori, inclusi ceppi di rabbitpox, cowpox e diversi tipi di virus vaccinia. Quando i ricercatori hanno sequenziato il suo DNA, hanno scoperto che aveva cucito insieme le parti più utili dei suoi antenati in un unico, coeso genoma. Il risultato è stato un virus che si comportava diversamente dai suoi genitori. Nei test con cellule cancerose umane, PoxSTG si è replicato molto più velocemente e ha ucciso le cellule in modo più efficace rispetto al normale virus vaccinia utilizzato nei precedenti studi clinici. Fondamentalmente, è rimasto sicuro per le cellule normali e sane, mostrando una forte preferenza per l'attacco esclusivamente al tessuto canceroso. Questa selettività è vitale per la sicurezza, garantendo che il trattamento danneggi il tumore senza danneggiare il resto del corpo.

Uno degli aspetti più sorprendenti di PoxSTG è il modo in cui si diffonde. La maggior parte dei virus si muove da cellula a cellula rilasciando particelle che fluttuano nel fluido tra di esse, ma questo nuovo virus ha sviluppato due potenti metodi per superare le barriere che di solito lo fermano. Primo, causa la fusione delle cellule infette, formando strutture giganti e multinucleate chiamate sincizi. Questo permette al virus di muoversi direttamente da una cella all'altra senza mai entrare nello spazio dove gli anticorpi potrebbero catturarlo. Secondo, produce una quantità massiccia di un tipo specifico di particella virale che è più abile nel viaggiare attraverso i tessuti ed eludere il sistema immunitario. In laboratorio, questo virus ha prodotto venti o quaranta volte più di queste particelle pronte al viaggio rispetto al virus standard. Questa combinazione di fusione diretta cellula-cellula e capacità di viaggio potenziata ha permesso al virus di diffondersi attraverso i tumori molto più a fondo rispetto a quanto mai visto prima.

Forse la scoperta più significativa è come PoxSTG gestisce il sistema immunitario. Quando i ricercatori hanno testato il virus contro il siero del sangue umano, il virus standard è stato quasi completamente neutralizzato, perdendo quasi tutta la sua capacità di infettare le cellule. Al contrario, PoxSTG ha mantenuto la maggior parte della sua infettività, mostrando una straordinaria capacità di resistere agli anticorpi e alle proteine del complemento che di solito distruggono i virus. Questa resistenza è stata confermata utilizzando campioni di sangue da pazienti che avevano precedentemente ricevuto una terapia simile con un virus; mentre il loro sangue bloccava efficacemente il vecchio virus, aveva scarso effetto su PoxSTG. Ciò suggerisce che il nuovo virus potrebbe potenzialmente essere somministrato ripetutamente a un paziente senza che il corpo lo shut down immediatamente, un ostacolo maggiore per gli attuali trattamenti.

Il virus cambia anche il modo in cui le cellule cancerose muoiono. Invece di limitarsi a scoppiare e scomparire, le cellule infette subiscono un tipo specifico di morte infiammatoria chiamata piroptosi. Questo processo causa il rigonfiamento e la rottura delle cellule, rilasciando segnali che avvisano il sistema immunitario della presenza del cancro. I ricercatori hanno scoperto che PoxSTG innesca questa risposta attivando un percorso specifico all'interno della cellula che porta alla formazione di pori nella membrana cellulare. Questo tipo di morte è altamente visibile al sistema immunitario, trasformando efficacementamente il tumore in un faro che attira le cellule T del corpo per attaccare. In esperimenti sui topi, il virus non solo ha ridotto i tumori dove è stato iniettato, ma ha raggiunto e distrutto anche tumori distanti e non trattati, segno che era riuscito a viaggiare attraverso il flusso sanguigno e ad innescare una risposta immunitaria sistemica contro il cancro.

Per testare se questa piattaforma potesse essere ulteriormente migliorata, i ricercatori hanno aggiunto un gene che produce una proteina chiamata interleuchina-12, che aiuta a potenziare la capacità del sistema immunitario di combattere il cancro. Quando hanno testato questa versione armata di PoxSTG in topi con melanoma aggressivo, ha performato significativamente meglio di un virus simile basato sul ceppo standard. Il nuovo virus ha ritardato la crescita del tumore ed esteso la vita degli animali in modo più efficace, dimostrando che l'impalcatura migliorata può trasportare ulteriori strumenti terapeutici. Lo studio ha anche mostato che il virus è stato in grado di stimolare una forte risposta immunitaria specificamente contro il tumore, senza aumentare la reazione del corpo contro il virus stesso. Questo equilibrio è critico, poiché significa che il virus può continuare a lavorare all'interno del tumore mentre il sistema immunitario concentra il fuoco sul cancro.

I ricercatori riconoscono che, sebbene i risultati nei topi e nelle cellule umane siano promettenti, è necessario ulteriore lavoro per garantire che il virus sia sicuro ed efficace nelle persone. Il virus è un complesso mix genetico e la sua stabilità a lungo termine dovrà essere monitorata con attenzione. Tuttavia, lo studio fornisce una solida prova di concetto che l'evoluzione diretta può creare un virus con proprietà che non esistono in natura. Combinando la velocità dell'evoluzione con la precisione dell'ingegneria genetica, il team ha prodotto un candidato che supera le barriere primarie alla consegna della terapia basata sui virus attraverso il flusso sanguigno. Se queste scoperte saranno confermate nei trial umani, PoxSTG potrebbe offrire un nuovo modo per trattare i tumori che si sono diffusi in tutto il corpo, trasformando una sfida di consegna un tempo impossibile in una strategia di trattamento praticabile.