Oncolytic adenovirus encoding AEG1/CD3 bispecific T-cell engager potentiates antitumor immunity against lung cancer

Longitudinale longkanker blijft een van de meest vormende uitdagingen in de moderne geneeskunde, met name een type dat niet-kleincellige longkanker wordt genoemd, wat het overgrote deel van de gevallen beslaat. Hoewel behandelingen zoals chirurgie, bestraling en chemotherapie lang de standaard zijn geweest, worstelen ze vaak tegen tumoren die resistentie ontwikkelen of zich verstoppen binnen een omgeving die de natuurlijke afweer van het lichaam onderdrukt. In de afgelopen jaren is immunotherapie naar voren gekomen als een krachtige nieuwe strategie, die erop gericht is het eigen immuunsysteem van de patiënt wakker te maken om kankercellen te herkennen en te vernietigen. Echter, zelfs deze geavanceerde behandelingen werken niet voor iedereen, en tumoren kunnen soms beschermd blijven tegen de immuunaanval. Een belangrijke hindernis is dat veel kankercellen specifieke eiwitten produceren die helpen bij hun groei en verspreiding, terwijl ze tegelijkertijd de tumor een vijandige plek maken waar immuuncellen moeilijk kunnen binnendringen. Eén zodanig eiwit, bekend als AEG-1, komt in hoge concentraties voor in veel longkankers en wordt gelinkt aan slechte uitkomsten voor patiënten. Het fungeert als een drijfveer voor de ziekte, waarbij het de kanker helpt te vermenigvuldigen en behandelingen te weerstaan.

Wetenschappers hebben ook een type medicijn ontwikkeld dat een bispecifieke T-cel-engager wordt genoemd, dat werkt als een brug. Eén uiteinde van dit medicijn grijpt vast aan een kankercel, en de andere uiteinde grijpt vast aan een T-cel, een soldaat van het immuunsysteem. Door deze twee fysiek aan elkaar te koppelen, dwingt het medicijn de T-cel om de kanker aan te vallen. Toch breken deze medicijnen vaak te snel af om effectief te zijn wanneer ze in de bloedbaan worden geïnjecteerd, en ze hebben moeite om diep in solide tumoren door te dringen. Om deze problemen op te lossen, verkennen onderzoekers het gebruik van oncolytische adenovirussen, wat gemodificeerde virussen zijn die van nature kankercellen opzoeken en infecteren. Eenmaal binnen repliceren deze virussen en laten ze de kankercellen openbarsten, een proces dat lysis wordt genoemd. Het idee is om deze twee benaderingen te combineren: het virus niet alleen gebruiken om de kanker direct te doden, maar ook als een fabriek binnen de tumor om de brug-bouwende medicijnen te produceren precies waar ze nodig zijn.

Een team van onderzoekers van het Xi'an International Medical Center Hospital heeft dit concept toegepast op longkanker door een nieuw, geëngineerd virus te creëren. Ze ontwierpen een recombinant oncolytisch adenovirus, dat zij OAd-AEG1-BiTE noemden, om de instructies te dragen voor het maken van een specifiek brug-bouwend medicijn. Dit medicijn is ontworpen om het AEG-1-eiwit te targeten dat aanwezig is op longkankercellen en hen te koppelen aan CD3, een marker die aanwezig is op T-cellen. De onderzoekers wilden zien of dit virus de kankercellen kon infecteren, het brug-medicijn kon produceren, en vervolgens het immuunsysteem kon rekruteren om de tumor effectiever te vernietigen dan het virus of het medicijn alleen zou kunnen doen.

Om dit te testen, bouwde het team het virus eerst in het laboratorium. Ze construeerden een genetische sequentie die het brug-eiwit zou produceren, waarbij een deel dat AEG-1 herkent werd verbonden met een deel dat CD3 herkent. Ze voegden deze sequentie in in een onschadelijk adenovirus-backbone dat gestript was van zijn vermogen om ziekte te veroorzaken in gezonde cellen, maar zijn vermogen behield om kankercellen te infecteren en te doden. Ze creëerden ook een controle-virus dat er hetzelfde uitzag, maar een onschadelijk groen fluorescent eiwit droeg in plaats van de brug-instructies. Na het kweken van deze virussen in menselijke cellen, bevestigden ze dat het nieuwe virus succesvol in de longkankercellen kon binnendringen en beginnen met het produceren van het brug-eiwit. Tests toonden aan dat de cellen die met het nieuwe virus waren geïnfecteerd, hoge niveaus van de genetische boodschap van het brug-eiwit en het eiwit zelf maakten, terwijl de controlecellen dat niet deden.

De onderzoekers gingen vervolgens over tot het testen van hoe goed dit systeem werkte in een schaal (in vitro). Ze namen menselijke longkankercellen en mengden deze met menselijke immuuncellen afkomstig van gezonde donoren. Ze voegden het nieuwe virus toe aan sommige van deze mengsels en het controlevirus aan andere. Met behulp van een systeem dat de celgezondheid in realtime monitort, observeerden ze wat er gebeurde wanneer de immuuncellen werden geïntroduceerd. De resultaten waren opmerkelijk. In de groepen waar het nieuwe virus aanwezig was, waren de immuuncellen veel effectiever in het doden van de kankercellen. De kankercellen stierven veel sneller en in grotere aantallen af vergeleken met de groepen met het controlevirus of zonder virus. Dit effect was afhankelijk van het aantal aanwezige immuuncellen; wanneer er meer immuuncellen werden toegevoegd, nam de dodelijke kracht aanzienlijk toe. Het team mat ook de chemicaliën die door de immuuncellen werden vrijgegeven tijdens dit proces. Ze vonden dat de groepen behandeld met het nieuwe virus veel hogere niveaus vrijgaven van stoffen die bekend staan om het activeren en sturen van immuunaanvallen, zoals interleukine-2, interferon-gamma en tumornecrosefactor-alfa. Deze chemicaliën zijn signalen dat het immuunsysteem betrokken is en hard werkt. In contrast hiermee veranderde het niveau van een andere chemische stof, GM-CSF, niet significant, wat suggereert dat de respons zeer specifiek was voor de T-cellen.

Om te zien of deze aanpak werkte in een levend systeem, richtten de onderzoekers zich op een model met muizen. Ze injecteerden menselijke longkankercellen onder de huid van muizen om kleine tumoren te creëren. Zodra de tumoren waren gevestigd, verdeelden ze de muizen in groepen. Eén groep kreeg een injectie van het nieuwe virus direct in de tumor, gevolgd door een injectie van menselijke immuuncellen in hun bloedbaan. Een andere groep kreeg het controlevirus en immuuncellen, terwijl een derde groep een zoutoplossing kreeg. Gedurende de studie maten de onderzoekers de grootte van de tumoren en het gewicht van de muizen. De muizen behandeld met het nieuwe virus vertoonden een duidelijke reductie in tumorgroei. Hun tumoren bleven aanzienlijk kleiner dan die in de controlegroepen, die met een gestage snelheid doorgroeiden. Belangrijk was dat de muizen geen gewichtsverlies vertoonden of tekenen van ziekte lieten zien, wat aangeeft dat de behandeling niet toxisch was voor de dieren. Wanneer de onderzoekers de tumoren aan het einde van de studie onderzochten, vonden ze dat de genetische instructies voor het brug-eiwit nog steeds aanwezig en actief waren in de tumoren van de behandelde muizen, wat bevestigde dat het virus zijn lading succesvol had afgeleverd en het medicijn in de tumor bleef produceren.

De studie suggereert dat deze gecombineerde aanpak een veelbelovende manier biedt om de beperkingen van huidige immunotherapieën te overwinnen. Door het virus te gebruiken om het brug-bouwende medicijn direct in de tumor af te leveren, bereikt de behandeling een hoge concentratie van het medicijn precies waar het nodig is, waardoor het snelle afbraakproces dat optreedt wanneer het medicijn via de bloedbaan wordt toegediend, wordt vermeden. Deze methode verandert de tumor effectief in een locatie van intense immuunactiviteit, waarbij de eigen verdediging van het lichaam wordt gerekruteerd om de kanker van binnenuit aan te vallen. Hoewel de onderzoekers opmerkten dat hun studie beperkt was tot één specifiek type longkankercellijn en een specifiek muismodel, bieden de resultaten een sterke basis voor verder onderzoek. Het werk demonstreert dat het engineeren van een virus om een gerichte immuunbrug te produceren, het vermogen van het immuunsysteem om tegen longkanker te vechten aanzienlijk kan verbeteren, wat een nieuwe weg biedt voor de ontwikkeling van effectievere behandelingen voor patiënten die momenteel weinig opties hebben.