Oncolytic vaccines and pre-existing immunological memory in cancer immunotherapy
Title: | Oncolytic vaccines and pre-existing immunological memory in cancer immunotherapy |
Author(s): | Laustio, Netta |
Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Pharmacy |
Degree program: | Proviisorin koulutusohjelma |
Specialisation: | Biofarmasia |
Language: | English |
Acceptance year: | 2018 |
Abstract: |
Viimeisten vuosikymmenten aikana syövän ja immunologian tutkimuksessa on saavutettu merkittäviä kehitysaskeleita, minkä vuoksi immuunijärjestelmän ja syöpäkasvaimen vuorovaikutuksia on alettu ymmärtää paremmin ja immuunijärjestelmän rooli syövän kehittymisessä on selkeytynyt. Immuunijärjestelmä kykenee todistetusti erottamaan syöpäsoluja normaalista kudoksesta tunnistamalla tuumoriantigeeneja, jotka voivat esiintyä yksinomaan tai runsaammin kasvaimessa kuin normaaleissa soluissa. Tämän seurauksena immuunijärjestelmä hyökkää syöpäsoluja vastaan puolustaakseen elimistöä. Ajatus käyttää immuunijärjestelmää aseena syöpää vastaan johtikin lopulta lupaavan innovaation, syövän immunoterapian kehittämiseen. Syövän immunoterapian tavoite on aktivoida elimistön omaa immuunireaktiota syöpää vastaan. Monet immunoterapiamuodot ovat osoittautuneet tehokkaiksi ja turvallisiksi kliinisissä tutkimuksissa ja vakiinnuttaneet asemansa syövän hoidossa. Uusille menetelmille on silti kysyntää, sillä suurin osa potilaista ei ole hyötynyt riittävästi käytössä olevista syövän immunoterapioista.
Jatkuvasti suosiotaan lisännyt immunoterapiamuoto on terapeuttiset syöpärokotteet, joiden tehoa arvioidaan parhaillaan monissa prekliinisissä ja kliinisissä tutkimuksissa. Syöpärokotteiden tarkoitus on herättää CD8+ T-soluvasteita injektoituja tuumoriantigeeneja vastaan. Onkolyyttisten virusten käyttö in situ -syöpärokotteina on erityisen kiinnostuksen kohteena, sillä nämä virukset jakaantuvat spesifisti kasvaimessa ja pystyvät samanaikaisesti tappamaan syöpäsoluja ja herättämään immuunireaktioita tuhoutuneista soluista vapautuneita ja viruksen genomissa kuljetettuja tuumoriantigeeneja vastaan. Ainutlaatuisista ominaisuuksistaan huolimatta monet tekijät, kuten immuunitoleranssi elimistön normaalisoluja muistuttavia tuumoriantigeeneja kohtaan ja kasvaimen immunosuppressiiviset mekanismit rajoittavat onkolyyttisten rokotteiden kliinistä käyttöä.
On ehdotettu, että ainoastaan CD8+ T-soluihin keskittymisen sijaan tulisi huomioida enemmän CD4+ T-auttajasoluja, jotka ovat mahdollisesti avainasemassa syöpärokotteiden tehostamisessa, sillä ne ovat välttämättömiä CD8+ T-soluvasteiden synnylle ja kehittymiselle. On myös osoitettu, että käynnissä oleva antigeenispesifinen CD4+ T-soluvaste voi johtaa bystander-ilmiöön eli ympäröivien, eri antigeenispesifisyyttä ilmentävien T-solujen aktivoitumiseen. Edellä kuvattuun teoriaan perustuen tämän tutkielman hypoteesi oli aikaansaada bystander-ilmiön avustuksella CD8-immuniteetti kiinteitä syöpäkasvaimia vastaan hyödyntämällä patogeenivastaista immunologista CD4-muistia.
Tässä tutkimuksessa hiirille aiheutettiin immunologinen CD4-muisti rokottamalla ne tartuntavaarallista patogeenia vastaan ennen heikosti immunigeenisten B16-OVA kasvaimien implantointia. Kasvaimia hoidettiin jo aikaisemmin kehitetyllä syöpärokotteella, joka oli peptidipäällystetty ehdollisesti replikoituva adenovirus (PeptiCRAd) -kompleksi. PeptiCRAd valmistettiin päällystämällä adenovirus elektrostaattisesti sekä patogeeni- että kasvainperäisillä peptideillä. Tämän intratumoraalisesti injektoidun kaksoispäällystetyn PeptiCRAd-kompleksin oletettiin aktivoivan peptidispesifisiä T-soluja ja näin ollen aiheuttavan CD4+ T-soluvälitteisiä muistivasteita patogeeniä kohtaan, mikä lopulta johtaisi kasvainspesifisten CD8+ T-solujen aktivoitumiseen ja kykyyn muodostaa tehokkaita immuunivasteita syöpäsolujen tuhoamiseksi. Tämän hoidon tehoa tutkittiin immunisoiduissa hiirissä mittaamalla kasvaimen koon kasvua. Koe toistettiin identtisesti rokottamattomilla hiirillä, jotta nähtäisiin tulosten eroavaisuus. Hoidon immunologista taustaa tutkittiin analysoimalla hiirten kudosnäytteitä ELISA-, IFN-γ ELISPOT- ja virtaussytometriakokeilla.
Tällä tutkimuksella pystyttiin aikaansaada pitkäaikainen immuniteetti patogeenia vastaan ja osoittamaan, että immunisoiduissa hiirissä kasvaimen kasvu hidastui enemmän kaksoispäällystetyllä PeptiCRAd:lla muihin hoitoihin verrattuna. Rokottamattomissa hiirissä samaa tulosta ei nähty. Lisäksi onnistuttiin kehittämään uusi ex vivo -menetelmä patogeenispesifisten CD4+ T-solujen määrittämiseen hiiren pernasta. Tällä menetelmällä löydettiin korkeimmat tasot CD4+ T-auttajasoluja immunisoiduista hiiristä, joita hoidettiin kaksoispäällystetyllä PeptiCRAd:lla. Tämä tukee ajatusta siitä, että tutkittavalla hoidolla on mahdollista indusoida nimenomaan soluvälitteistä immuniteettia syöpää vastaan. Joitakin lupaavia tuloksia saatiin myös kasvaimista ja imusolmukkeista tehdyillä analyyseillä, joilla havaittiin hyödyllisiä immuunisoluja etenkin kaksoispäällystetyllä PeptiCRAD:lla hoidetuista hiiristä.
Vaikka immunologisia analyysejä tulisi tehdä lisää hoidon vaikutusmekanismin selvittämiseksi, kaksoispäällystetyn PeptiCRAd-hoidon immunogeenisyyden ja kasvainvastaisen tehon lisääntymisen voidaan silti uskoa johtuvan ennustetusta bystander-ilmiöstä. Ilmiön potentiaalia voitaisiin hyödyntää parempien immunoterapeuttisten hoitojen kehittämisessä syövän kukistamiseksi.
During the past few decades, the explosion of discovery in cancer and immunological research has led to the increased understanding of the interactions between the immune system and tumors. These developments have provided vital information about the immune system’s role in cancer development. It is evidenced that the immunity system is capable to distinguish tumor cells from normal tissue by recognizing tumor antigens that are exclusively expressed on tumor cells or are presented in greater amounts on tumor cells than normal cells. Consequently, the immune cells start to attack tumors for protecting the host. The possibility to use the immune system as a weapon against cancer cells leaded to the promising innovation – cancer immunotherapy – which aims to activate the body’s own immune system and its components to mount antitumor immune responses for eliminating cancer cells. The antitumor efficacy and high safety profile of several immunotherapeutic strategies have already been demonstrated thereby resulting in their integration into clinical practice. However, most patients have not benefited from cancer immunotherapy as a single treatment. In this regard, new innovative methods are clearly needed to overcome the obstacles hindering the clinical success of this field.
Therapeutic cancer vaccines are emerging as attractive immunotherapies currently being evaluated in both pre-clinical and clinical studies. The purpose of cancer vaccines is to eradicate tumor cells by eliciting antitumor CD8+ T cell responses against the injected tumor antigens. Due to the ability to specifically kill tumor cells and simultaneously trigger immune responses against tumor antigens via direct oncolysis and by encoding transferred tumor antigens, oncolytic viruses are of significant interest for being used as in situ cancer vaccines. Despite these unique properties, several factors such as tumor immunosuppression and immune tolerance to targeted tumor antigens resembling antigens of normal tissues hamper the use of oncolytic vaccines in clinic.
Instead of focusing only on CD8+ T cells, it has been suggested that giving more attention to CD4+ T helper cells, which are required for priming and expansion of CD8+ T cell responses, could be the key to improve the efficacy of cancer vaccines. Researchers have also demonstrated that an ongoing antigen-specific CD4+ T cell response can lead to the bystander activation of surrounding T cells with unrelated antigen specificities. Based on this theory, the hypothesis of this study was to employ the pre-existing immunological CD4+ memory against infectious pathogens in generating bystander CD8+ immunity against solid tumors.
In this study, mice transplanted with poorly immunogenic B16-OVA tumors were pre-immunized with the chosen vaccine to induce immunological CD4+ memory against an infectious pathogen. Tumors were then treated with already developed cancer vaccine, which was peptide-coated conditionally replicating adenovirus (PeptiCRAd) complex. PeptiCRAd was constructed by electrostatically coating adenovirus with both pathogen-derived and tumor-derived peptide. The intratumorally injected double-coated PeptiCRAd complex was assumed to activate peptide-specific T cells and thus, result in anti-pathogen CD4+ T cell recall responses and the following bystander activation of antitumor CD8+ T cells, which can then mount an effective immune response to destroy cancer cells. The efficacy of this treatment was observed in pre-immunized mice by measuring the growth of injected tumors. The experiment was repeated identically with non-immunized naïve mice to see the difference in the results. The immunological background of this treatment approach was investigated by analyzing mouse tissue samples with standard immunological techniques including ELISA, IFN-γ ELISPOT and flow cytometry.
This study showed that long-term immunological memory against the pathogen was successfully accomplished and the strongest inhibition of tumor growth in pre-immunized mice was achieved with double-coated PeptiCRAd, whereas the antitumor efficacy was not seen in naïve mice. Additionally, a new ex vivo method to detect pathogen-specific CD4+ T cells from spleen was developed and the stimulation of cell-mediated immunity by this treatment was supported by finding the highest levels of pathogen-specific CD4+ Th1 cells from mice treated with double-coated PeptiCRAd. Some encouraging results concerning the beneficial immune cell composition of tumors and tumor draining lymph nodes were also obtained from other performed experiments.
Though further immunological analyses are required for understanding the precise mechanisms of action behind the treatment, the increased immunogenicity and antitumor efficacy of double-coated PeptiCRAd can still be considered as a consequence of the bystander effect, which can possibly be utilized for developing improved strategies to win the fight against cancer.
|
Keyword(s): | cancer immunotherapy immunological memory cancer vaccines oncolytic viruses oncolytic vaccines double-coated PeptiCRAd bystander effect syöpä immunoterapia immunologinen muisti syöpärokotteet onkolyyttiset virukset onkolyyttiset rokotteet kaksoispäällystetty PeptiCRAd bystander-ilmiö |
Files in this item
Files | Size | Format | View |
---|---|---|---|
Pro Gradu_Laustio Netta_2018.pdf | 1.665Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Pharmacy [572]