Виротерапия — это лечение с использованием биотехнологии для преобразования вирусов в терапевтические агенты путем перепрограммирования вирусов для лечения заболеваний. Существует три основных направления виротерапии: противораковые онколитические вирусы , вирусные векторы для генной терапии и вирусная иммунотерапия . Эти направления используют три различных типа методов лечения: сверхэкспрессия генов, нокаут генов и доставка генов-самоубийц . Сверхэкспрессия генов добавляет генетические последовательности, которые компенсируют низкие или нулевые уровни необходимой экспрессии генов. Нокаут генов использует методы РНК для подавления или снижения экспрессии генов, вызывающих заболевания. Доставка генов-самоубийц вводит генетические последовательности, которые вызывают апоптотический ответ в клетках, обычно для уничтожения раковых новообразований. [1] В несколько ином контексте виротерапия может также относиться в более широком смысле к использованию вирусов для лечения определенных медицинских состояний путем уничтожения патогенов.
Честер М. Саутэм , исследователь из Мемориального онкологического центра имени Слоуна-Кеттеринга , был пионером в изучении вирусов как потенциальных агентов для лечения рака. [2]
Онколитическая виротерапия не является новой идеей — еще в середине 1950-х годов врачи заметили, что у онкологических больных, перенесших несвязанную вирусную инфекцию или недавно вакцинированных, наблюдались признаки улучшения; [3] это в значительной степени объяснялось выработкой интерферона и факторов некроза опухоли в ответ на вирусную инфекцию, но разрабатываются онколитические вирусы , которые избирательно поражают и лизируют только раковые клетки. [ необходима ссылка ]
В 1940-х и 1950-х годах были проведены исследования на животных моделях для оценки использования вирусов в лечении опухолей . [4] В 1940-х–1950-х годах были начаты некоторые из самых ранних клинических испытаний на людях с онколитическими вирусами. [5] [6]
Считается, что онколитический вирус достигает своих целей двумя механизмами: селективным уничтожением опухолевых клеток, а также привлечением иммунной системы хозяина . [7] [8] Одной из основных проблем в лечении рака является поиск методов лечения, нацеленных на опухолевые клетки, игнорируя нераковые клетки хозяина. Вирусы выбираются потому, что они могут нацеливаться на специфические рецепторы, экспрессируемые раковыми клетками, которые позволяют вирусу проникать внутрь. Одним из примеров этого является нацеливание вируса кори на CD46 на клетках множественной миеломы . [9] Экспрессия этих рецепторов часто увеличивается в опухолевых клетках. [8] Вирусы также могут быть сконструированы для нацеливания на специфические рецепторы на опухолевых клетках. [8] После того, как вирусы проникают в опухолевую клетку, быстрый рост и деление опухолевых клеток, а также снижение способности опухолевых клеток бороться с вирусами делают их более выгодными для репликации вируса по сравнению с неопухолевыми клетками. [7] [8] Репликация вирусов в опухолевых клетках заставляет опухолевые клетки лизироваться, убивая их, а также высвобождать сигнал для активации собственной иммунной системы хозяина, преодолевая иммуносупрессию . Это делается посредством нарушения микросреды опухолевых клеток, что предотвращает распознавание иммунными клетками хозяина. [8] Опухолевые антигены и молекулярные паттерны, связанные с опасностью, также высвобождаются в процессе лизиса, что помогает рекрутировать иммунные клетки хозяина. [8] В настоящее время используется и тестируется множество вирусов, все из которых различаются по своей способности лизировать клетки, активировать иммунную систему и переносить гены. [ необходима цитата ]
По состоянию на 2019 год было проведено более 100 клинических испытаний, изучающих различные вирусы, виды рака, дозы, пути и способы введения. Большая часть работы была проделана с вирусом герпеса, аденовирусом и вирусом коровьей оспы, но другие вирусы включают вирус кори, вирус Коксаки, вирус полиомиелита, вирус болезни Ньюкасла и другие. [8] [10] Протестированные методы доставки включают внутриопухолевый, внутривенный, внутрибрюшинный и другие. [11] Типы опухолей, которые в настоящее время изучаются с помощью онколитических вирусов, включают опухоли ЦНС, рак почки, рак головы и шеи, рак яичников и другие. [10] Онколитическая виротерапия в качестве монотерапии также была протестирована в сочетании с другими методами лечения, включая химиотерапию, радиотерапию, хирургию и иммунотерапию. [8] [10]
В 2015 году FDA одобрило маркетинг талимогена лахерпарепвека , генно-инженерного вируса герпеса, для лечения поражений меланомы , которые нельзя прооперировать; по состоянию на 2019 год это единственный онколитический вирус, одобренный для клинического использования. Он вводится непосредственно в поражение. [12] По состоянию на 2016 год не было никаких доказательств того, что он продлевает жизнь людей с меланомой или предотвращает метастазирование. [13] Из вируса были удалены два гена — один, который отключает защитные силы отдельной клетки, и другой, который помогает вирусу уклоняться от иммунной системы, — и был добавлен ген человеческого ГМ-КСФ . Препарат работает, реплицируясь в раковых клетках, заставляя их разрываться; он также был разработан для стимуляции иммунного ответа, но по состоянию на 2016 год не было никаких доказательств этого. [14] [12] Препарат был создан и первоначально разработан компанией BioVex, Inc. и продолжен компанией Amgen , которая приобрела BioVex в 2011 году . [15] Это был первый онколитический вирус, одобренный на Западе. [14]
RIGVIR — это виротерапевтический препарат, одобренный Государственным агентством лекарственных средств Латвийской Республики в 2004 году. [16] Это дикий тип ECHO-7, член семейства эховирусов . [17] Потенциальное использование эховируса в качестве онколитического вируса для лечения рака было обнаружено латвийским ученым Айной Муцениеце в 1960-х и 1970-х годах. [17] Данные, использованные для регистрации препарата в Латвии, недостаточны для получения одобрения на его использование в США, Европе или Японии. [17] [18] По состоянию на 2017 год не было убедительных доказательств того, что RIGVIR является эффективным средством лечения рака . [19] [20] 19 марта 2019 года производитель ECHO-7, SIA LATIMA, объявил о снятии препарата с продажи в Латвии, сославшись на финансовые и стратегические причины, а также на недостаточную рентабельность. [21] Однако несколько дней спустя в телевизионном расследовании выяснилось, что Государственное агентство лекарств провело лабораторные испытания флаконов и обнаружило, что количество вируса ECHO-7 намного меньше, чем заявлено производителем. В марте 2019 года распространение ECHO-7 в Латвии было прекращено. [22]
Хотя онколитические вирусы специально разработаны для воздействия на опухолевые клетки, всегда существует вероятность нецелевых эффектов, приводящих к симптомам, которые обычно связаны с этим вирусом. [7] Наиболее распространенным симптомом, о котором сообщалось, были гриппоподобные симптомы. Вирус HSV, используемый в качестве онколитического вируса, сохранил свой собственный ген тимидинкиназы, что позволяет воздействовать на него с помощью противовирусной терапии в случае необоснованных побочных эффектов. [8]
Другие проблемы включают разработку оптимального метода доставки либо непосредственно к месту опухоли, либо внутривенно, а также возможность воздействия на несколько участков. [8] Клинические испытания включают отслеживание репликации и распространения вируса с использованием различных лабораторных методов для поиска оптимального лечения. [ необходима цитата ]
Еще одной серьезной проблемой при использовании онколитических вирусов в качестве терапии является избежание естественной иммунной системы хозяина, которая не позволит вирусу заразить опухолевые клетки. [7] [8] После того, как онколитический вирус попадает в систему хозяина, иммунная система здорового хозяина естественным образом пытается бороться с вирусом. Из-за этого, если меньше вируса может достичь целевого участка, это может снизить эффективность онколитического вируса. Это приводит к идее, что подавление иммунного ответа хозяина может быть необходимым на ранней стадии лечения, но это связано с проблемами безопасности. Из-за этих проблем безопасности иммуносупрессии клинические испытания исключали пациентов с ослабленным иммунитетом и активными вирусными инфекциями. [ необходима цитата ]
Вирусная генная терапия использует генетически модифицированные вирусные векторы для доставки терапевтических генов в клетки с генетическими нарушениями. [23]
Использование вирусного материала для доставки гена начинается с разработки вирусного вектора. Хотя молекулярный механизм вирусного вектора отличается от вектора к вектору, есть некоторые общие принципы, которые принимаются во внимание. [ необходима цитата ]
При заболеваниях, которые являются вторичными по отношению к генетической мутации, вызывающей отсутствие гена, ген добавляется обратно. [24] [25] [26] При заболеваниях, которые вызваны сверхэкспрессией гена, может быть введена вирусная генная инженерия для выключения гена. [24] [25] [26] Вирусная генная терапия может проводиться in vivo или ex vivo. [23] [27] В первом случае вирусный вектор доставляется непосредственно в орган или ткань пациента. Во втором случае желаемая ткань сначала извлекается, генетически модифицируется, а затем возвращается пациенту. Молекулярные механизмы доставки гена и/или интеграции в клетки различаются в зависимости от используемого вирусного вектора. [23] Вместо доставки лекарств, требующих многократного и непрерывного лечения. Доставка гена имеет потенциал для создания долгоживущей клетки, которая может непрерывно производить генный продукт. [24]
Начиная с 2000-х годов, было несколько успешных клинических случаев использования вирусной генной терапии, в частности, с использованием векторов аденоассоциированных вирусов и химерной антигенной рецепторной Т-клеточной терапии. [ необходима цитата ]
Векторы, созданные на основе аденоассоциированного вируса, являются одними из наиболее известных продуктов, используемых в клинических испытаниях сегодня. Изначально он был привлекателен для использования в генной терапии, поскольку не вызывал никаких заболеваний, а также обладал несколькими другими свойствами. [27] Он также был разработан таким образом, что не реплицируется после доставки гена. [27]
Кроме того, другие клинические испытания с использованием генной терапии AAV направлены на лечение таких заболеваний, как гемофилия , а также различных неврологических, сердечно-сосудистых и мышечных заболеваний. [27]
Химерные антигенные рецепторные Т-клетки (CAR T-клетки) представляют собой тип иммунотерапии, использующий вирусное редактирование генов. CAR T-клетки используют метод ex vivo, при котором Т-лимфоциты извлекаются и конструируются с помощью вируса, обычно гаммаретровируса или лентивируса, для распознавания определенных белков на поверхности клеток. [24] [34] Это заставляет Т-лимфоциты атаковать клетки, которые экспрессируют нежелательный белок. В настоящее время два метода лечения, Tisagenlecleucel и Axicabtagene ciloleucel, одобрены FDA для лечения острого лимфобластного лейкоза и диффузной В-крупноклеточной лимфомы соответственно. [24] В настоящее время проводятся клинические испытания для изучения его потенциальных преимуществ при солидных злокачественных новообразованиях. [24]
В 2012 году Европейская комиссия одобрила препарат Glybera , продукт генной терапии на основе вектора AAV для лечения дефицита липопротеинлипазы у взрослых. [35] Это был первый препарат генной терапии, одобренный в ЕС. [36] Препарат так и не получил одобрения FDA в США и был прекращен его производителем uniQure в 2017 году из-за проблем с прибыльностью. [37] С 2019 года [обновлять]он больше не разрешен для использования в ЕС. [35]
В настоящее время все еще существует много проблем вирусной генной терапии. Иммунные реакции на вирусную генную терапию представляют собой проблему для успешного лечения. [38] Однако реакции на вирусные векторы в иммунопривилегированных местах, таких как глаза, могут быть снижены по сравнению с другими местами тела. [38] [39] Как и в случае с другими формами виротерапии, предотвращение нецелевого редактирования генома является проблемой. В дополнение к вирусному редактированию генома, другие технологии редактирования генома, такие как редактирование генома CRISPR, как было показано, являются более точными с большим контролем над доставкой генов. [24] Поскольку редактирование генома становится реальностью, также необходимо учитывать этические последствия этой технологии.
Вирусная иммунотерапия — это использование вируса для стимуляции иммунной системы организма. В отличие от традиционных вакцин , в которых ослабленный или убитый вирус/бактерия используется для генерации иммунного ответа, вирусная иммунотерапия использует генетически модифицированные вирусы для представления иммунной системе определенного антигена. Этот антиген может быть из любого вида вируса/бактерии или даже антигенов человеческих болезней, например, антигенов рака. [ необходима цитата ]
Вакцины — это еще один метод виротерапии, который использует ослабленные или инактивированные вирусы для выработки иммунитета к болезни. Ослабленный вирус — это ослабленный вирус, который вызывает естественный иммунный ответ у хозяина, который часто не поддается обнаружению. Хозяин также вырабатывает потенциально пожизненный иммунитет из-за сходства ослабленного вируса с настоящим вирусом. Инактивированные вирусы — это убитые вирусы, которые представляют форму антигена хозяину. Однако долгосрочный иммунный ответ ограничен. [40]
Вирусная иммунотерапия в контексте рака стимулирует иммунную систему организма для лучшей борьбы с раковыми клетками. Вместо того, чтобы предотвращать причины рака, как можно было бы традиционно думать в контексте вакцин, вакцины против рака используются для лечения рака. [41] Механизм зависит от вируса и лечения. Онколитические вирусы, как обсуждалось в предыдущем разделе, стимулируют иммунную систему хозяина посредством высвобождения антигенов, ассоциированных с опухолью, при лизисе, а также посредством нарушения микросреды рака, что помогает им избегать иммунной системы хозяина. [8] CAR T-клетки, также упомянутые в предыдущем разделе, являются еще одной формой вирусной иммунотерапии, которая использует вирусы для генной инженерии иммунных клеток с целью уничтожения раковых клеток. [24]
Вирусы были исследованы как средство лечения инфекций, вызванных простейшими . [42] [43] Одним из таких простейших, которые изучались потенциальными методами виротерапии, является Naegleria fowleri , вызывающая первичный амебный менингоэнцефалит (ПАМ). При уровне смертности 95% этот болезнетворный эукариот имеет один из самых высоких известных показателей патогенной летальности. Химиотерапевтические агенты, нацеленные на эту амебу для лечения ПАМ, с трудом преодолевают гематоэнцефалические барьеры. Однако, вызванная [ уточнение необходимо ] эволюция вирулентных вирусов простейших патогенов (VVPP) может быть способна разработать вирусную терапию, которая может легче получить доступ к этому эукариотическому болезнетворному организму, пересекая гематоэнцефалический барьер в процессе, аналогичном бактериофагам . Эти VVPP также будут самовоспроизводящимися и, следовательно, потребуют нечастого введения с более низкими дозами, таким образом, потенциально снижая токсичность. [44] Хотя эти методы лечения простейших заболеваний могут оказаться многообещающими, подобно терапии вирусами бактериофагов, существенная опасность заключается в эволюционном последствии использования вирусов, способных к эукариотической патогенности. VVPP будут иметь развитые механизмы вставки и репликации ДНК, которые манипулируют эукариотическими поверхностными белками и белками редактирования ДНК . Поэтому инженерия VVPP должна контролировать вирусы, которые могут мутировать и, таким образом, связываться с поверхностными белками и манипулировать ДНК инфицированного хозяина. [ необходима цитата ]
Однако дальнейшее использование и коммерциализация в ЕС невозможны, поскольку правила ЕС требуют, чтобы противораковые препараты регистрировались централизованно через Европейское агентство по лекарственным средствам (EMA). Национальные регистрации не рассматриваются.