Виротерапия — это лечение с использованием биотехнологии для преобразования вирусов в терапевтические агенты путем перепрограммирования вирусов для лечения заболеваний. Выделяют три основных направления виротерапии: противораковые онколитические вирусы , вирусные векторы для генной терапии и вирусную иммунотерапию . В этих филиалах используются три различных типа методов лечения: сверхэкспрессия генов, нокаут генов и самоубийственная доставка генов. Сверхэкспрессия генов добавляет генетические последовательности, которые компенсируют низкий или нулевой уровень необходимой экспрессии генов. Нокаут генов использует методы РНК для подавления или снижения экспрессии генов, вызывающих заболевания. Доставка генов-суицидов приводит к появлению генетических последовательностей, которые вызывают апоптотическую реакцию в клетках, обычно направленную на уничтожение раковых опухолей. [1] В несколько ином контексте виротерапия может также относиться к более широкому использованию вирусов для лечения определенных заболеваний путем уничтожения патогенов.
Честер М. Саутэм , исследователь из Онкологического центра Мемориала Слоан-Кеттеринг , 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 больных раком, перенесших несвязанную вирусную инфекцию или недавно прошедших вакцинацию, наблюдались признаки улучшения; [3] это во многом объясняется выработкой интерферона и факторов некроза опухоли в ответ на вирусную инфекцию, но разрабатываются онколитические вирусы , которые избирательно нацеливаются и лизуют только раковые клетки. [ нужна цитата ]
В 1940-х и 1950-х годах исследования на животных моделях проводились для оценки использования вирусов в лечении опухолей . [4] В 1940–1950-х годах были начаты одни из первых клинических испытаний онколитических вирусов на людях. [5] [6]
Считается, что онколитический вирус достигает своих целей с помощью двух механизмов: избирательного уничтожения опухолевых клеток, а также рекрутирования иммунной системы хозяина . [7] [8] Одной из основных проблем в лечении рака является поиск методов лечения, нацеленных на опухолевые клетки, игнорируя при этом нераковые клетки-хозяева. Вирусы выбраны потому, что они могут воздействовать на специфические рецепторы, экспрессируемые раковыми клетками, которые позволяют вирусу проникнуть в организм. Одним из примеров этого является нацеливание CD46 на клетки множественной миеломы вирусом кори . [9] Экспрессия этих рецепторов часто увеличивается в опухолевых клетках. [8] Вирусы также могут быть созданы для воздействия на специфические рецепторы опухолевых клеток. [8] Как только вирусы проникли 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 лизировать, убивая их, а также высвобождая сигнал для активации собственной иммунной системы хозяина, преодолевая иммуносупрессию . Это достигается за счет нарушения микроокружения опухолевых клеток, что препятствует распознаванию иммунными клетками хозяина. [8] Опухолевые антигены и связанные с опасностью молекулярные структуры также высвобождаются во время процесса лизиса, который помогает рекрутировать иммунные клетки хозяина. [8] В настоящее время используется и тестируется множество вирусов, все они различаются по своей способности лизировать клетки, активировать иммунную систему и переносить гены. [ нужна цитата ]
По состоянию на 2019 год проведено более 100 клинических испытаний, посвященных различным вирусам, раковым заболеваниям, дозам, путям введения и способам введения. Большая часть работы была проделана с вирусом герпеса, аденовирусом и вирусом коровьей оспы, но есть и другие вирусы, включая вирус кори, вирус Коксаки, вирус полиомиелита, вирус болезни Ньюкасла и другие. [8] [10] Протестированные способы доставки включают внутриопухолевый, внутривенный, внутрибрюшинный и другие. [11] Типы опухолей, которые в настоящее время изучаются с помощью онколитических вирусов, включают опухоли ЦНС, рак почек, рак головы и шеи, рак яичников и другие. [10] Онколитическая виротерапия в качестве монотерапии также тестировалась в сочетании с другими методами лечения, включая химиотерапию, лучевую терапию, хирургическое вмешательство и иммунотерапию. [8] [10]
В 2015 году FDA одобрило продажу талимогена лагерпарепвек , генно-инженерного вируса герпеса, для лечения поражений меланомы , которые невозможно оперировать; по состоянию на 2019 год это единственный онколитический вирус, одобренный для клинического использования. Его вводят непосредственно в очаг поражения. [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 защиту отдельной клетки, а другой, который помогает вирусу уклоняться от иммунной системы – и был добавлен ген человеческого GM-CSF . Препарат действует путем репликации в раковых клетках, вызывая их разрыв; он также был разработан для стимуляции иммунного ответа, но по состоянию на 2016 год доказательств этого не было. [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]
РИГВИР – препарат виротерапии, 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] Данных, использованных для регистрации препарата в Латвии, недостаточно для получения разрешения на его применение 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 и недостаточную рентабельность. [21] Однако несколько дней спустя телешоу-расследование показало, что Государственное агентство по лекарственным средствам провело лабораторные исследования флаконов и обнаружило, что количество вируса ECHO-7 гораздо меньше, чем заявлено производителем. В марте 2019 года распространение ECHO-7 в Латвии было остановлено. [22]
Хотя онколитические вирусы созданы специально для воздействия на опухолевые клетки, всегда существует вероятность нецелевых эффектов, приводящих к симптомам, которые обычно связаны с этим вирусом. [7] Наиболее частыми симптомами, о которых сообщалось, были симптомы гриппа . Вирус простого герпеса, используемый в качестве онколитического вируса, сохранил свой нативный ген тимидинкиназы, что позволяет направлять на него антиретровирусную терапию 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 с целью подбора оптимального лечения. [ нужна цитата ]
Еще одна серьезная проблема при использовании онколитических вирусов в качестве терапии — избежать воздействия естественной иммунной системы хозяина, которая не позволит вирусу заразить опухолевые клетки. [7] [8] Как только онколитический вирус попадает в систему хозяина, иммунная система здорового хозяина естественным образом пытается бороться с вирусом. По этой причине, если меньшее количество вируса сможет достичь целевого участка, это может снизить эффективность онколитического вируса. Это приводит к идее, что подавление иммунного ответа хозяина может быть необходимо на ранних этапах лечения, но это связано с проблемами безопасности. Из-за проблем с безопасностью иммуносупрессии из клинических испытаний были исключены пациенты с ослабленным иммунитетом и активными вирусными инфекциями. [ нужна цитата ]
Вирусная генная терапия использует генно-инженерные вирусные векторы для доставки терапевтических генов в клетки с генетическими нарушениями. [23]
Использование вирусного материала для доставки гена начинается с создания вирусного вектора. Хотя молекулярный механизм вирусного вектора различается от вектора к вектору, существуют некоторые общие принципы, которые следует учитывать. [ нужна цитата ]
При заболеваниях, которые являются вторичными по отношению к генетической мутации, вызывающей отсутствие гена, ген добавляется обратно. [24] [25] [26] При заболеваниях, вызванных сверхэкспрессией гена, может быть использована вирусная генная инженерия. введен 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. В последнем случае желаемая ткань сначала извлекается, генетически модифицируется, а затем передается обратно пациенту. Молекулярные механизмы доставки генов и/или интеграции в клетки различаются в зависимости от используемого вирусного вектора. [23] Вместо доставки лекарств, требующих многократного и непрерывного лечения. Доставка гена потенциально может создать долговечную клетку, которая сможет непрерывно производить генный продукт. [24]
С 2000-х годов было несколько успешных клинических применений вирусной генной терапии, в частности, с использованием аденоассоциированных вирусных векторов и Т-клеточной терапии с использованием химерных антигенных рецепторов. [ нужна цитата ]
Векторы, изготовленные из аденоассоциированного вируса, являются одним из наиболее распространенных продуктов, используемых сегодня в клинических испытаниях. Первоначально он был привлекателен для использования генной терапии, поскольку не было известно, что он вызывает какие-либо заболевания, а также ряд других особенностей. [27] Он также был спроектирован таким образом, чтобы не реплицироваться после доставки гена. [27]
Кроме того, другие клинические испытания, включающие генную терапию AAV, направлены на лечение таких заболеваний, как гемофилия, а также различных неврологических, сердечно-сосудистых и мышечных заболеваний. [27]
Т-клетки химерного антигенного рецептора (CAR T-клетки) представляют собой тип иммунотерапии, в котором используется редактирование вирусных генов. CAR T-клетки используют метод ex vivo, при котором Т-лимфоциты экстрагируются и конструируются с помощью вируса, обычно гаммаретровируса или лентивируса, для распознавания специфических белков на клеточных поверхностях. [24] [34] Это заставляет Т-лимфоциты атаковать клетки, экспрессирующие нежелательный белок. В настоящее время два метода лечения, Tisagenlecleucel и Axicabtagene ciloleucel , одобрены FDA для лечения острого лимфобластного лейкоза и диффузной крупноклеточной B-клеточной 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 Glybera , продукт генной терапии на основе вектора AAV для лечения дефицита липопротеинлипазы у взрослых. [35] Это была первая генная терапия, одобренная в ЕС. [36] Препарат так и не получил одобрения FDA в США, и его производитель uniQure прекратил производство в 2017 году из-за проблем с прибыльностью. [37] С 2019 года [обновлять]он больше не разрешен к использованию в ЕС. [35]
В настоящее время существует еще много проблем, связанных с вирусной генной терапией. Иммунные реакции на вирусную генную терапию представляют собой проблему для успешного лечения. [38] Однако реакция на вирусные векторы в иммуннопривилегированных участках, таких как глаза, может быть снижена по сравнению с другими участками тела. [38] [39] Как и в случае с другими формами виротерапии, проблемой является предотвращение нецелевого редактирования генома. Было показано, что помимо редактирования вирусных генов другие технологии редактирования генома, такие как редактирование генов CRISPR, более точны и обеспечивают больший контроль над доставкой генов. [24] Поскольку редактирование генома становится реальностью, необходимо также учитывать этические последствия этой технологии.
Вирусная иммунотерапия – это использование вируса для стимуляции иммунной системы организма. В отличие от традиционных вакцин , в которых для генерации иммунного ответа используются ослабленные или убитые вирусы/бактерии, вирусная иммунотерапия использует генно-инженерные вирусы для представления специфического антигена иммунной системе. Этот антиген может происходить из любого вида вируса/бактерии или даже из антигенов болезней человека, например антигенов рака. [ нужна цитата ]
Вакцины — это еще один метод виротерапии, в котором используются ослабленные или инактивированные вирусы для развития иммунитета к болезням. Аттенуированный вирус — это ослабленный вирус, который вызывает у хозяина естественный иммунный ответ, который часто не обнаруживается. У хозяина также развивается потенциально пожизненный иммунитет из-за сходства ослабленного вируса с реальным вирусом. Инактивированные вирусы — это убитые вирусы, которые представляют хозяину определенную форму антигена. Однако долгосрочный иммунный ответ ограничен. [40]
Вирусная иммунотерапия при раке стимулирует иммунную систему организма лучше бороться с раковыми клетками. Вместо предотвращения причин рака, как традиционно думают 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 за счет высвобождения опухолеассоциированных антигенов при лизисе, а также за счет разрушения микроокружения рака, что помогает им избежать воздействия иммунной системы хозяина. [8] CAR T-клетки, также упомянутые в предыдущем разделе, представляют собой еще одну форму вирусной иммунотерапии, в которой используются вирусы для генетической инженерии иммунных клеток с целью уничтожения раковых клеток. [24]
Вирусы изучались как средство лечения инфекций, вызванных простейшими . [42] [43] Одним из таких простейших, которые исследовали потенциальные методы виротерапии, является Naegleria fowleri , вызывающий первичный амебный менингоэнцефалит (ПАМ). При уровне смертности 95% этот болезнетворный эукариот имеет один из самых высоких известных показателей смертности от патогенов. Химиотерапевтические агенты, нацеленные на эту амебу для лечения ПАМ, с трудом преодолевают гематоэнцефалический барьер. Тем не менее, управляемая [ необходимо разъяснение ] эволюция вирулентных вирусов протозойных патогенов (ВВПП) может позволить разработать вирусные методы лечения, которые смогут более легко получить доступ к этому эукариотическому болезнетворному организму путем пересечения гематоэнцефалического барьера в процессе, аналогичном бактериофагам . Эти VVPP также будут самовоспроизводящимися и, следовательно, требуют нечастого введения с более низкими дозами, что потенциально снижает токсичность. [44] Хотя эти методы лечения протозойных заболеваний могут оказаться очень многообещающими, как и вирусная терапия бактериофагами, заметную опасность представляют собой эволюционные последствия использования вирусов, способных к эукариотической патогенности. У VVPP разовьются механизмы вставки и репликации ДНК, которые манипулируют поверхностными белками эукариот и белками редактирования ДНК . Поэтому разработка VVPP должна контролировать вирусы, которые могут мутировать и тем самым связываться с поверхностными белками и манипулировать ДНК инфицированного хозяина. [ нужна цитата ]
Однако дальнейшее использование и коммерциализация в ЕС предотвращено, поскольку правила ЕС требуют, чтобы лекарства от рака регистрировались централизованно через Европейское агентство медицины (EMA). Национальные регистрации не учитываются.