Spezifischer Transfer onkolytischer Adenoviren mittels mesenchymaler Stromazellen zur Elimination pankreatischer Tumor(stamm)zellen
Final Report Abstract
Neue Behandlungsansätze für das Pankreaskarzinom zielen auf die Zerstörung von Tumorstammzellen (TSZ). Onkolytische Adenoviren (OAds) erschienen uns hierfür geeignet, da sie ein ausgezeichnetes und in Klinischen Studien geprüftes Sicherheitsprofil haben. Zudem zeigten erste Daten eine effektive adenovirale Onkolyse von TSZ des Mammakarzinoms. Als Zellcarrier der Viren wollten wir mesenchymale Stromazellen (MSC) einsetzen, weil bereits gezeigt war, dass diese tumorspezifisch in das Pankreaskarzinom einwandern. Außerdem war bekannt, dass MSC die OAds vor einer Virusinaktivierung durch Blutkomponenten oder vor der Distribution in normalem Gewebe schützen. MSC sind ein vielversprechendes Vehikel für eine systemische Applikation von OAds, da sie außerdem die Virus-Replikation unterstützen, infektiöse Viren freisetzen und die Antitumor-Aktivität erhöhen. Ziel unseres Projekts war die Eliminierung des tumor-initiierenden Potentials durch Infektion mit OAds in experimentellen Modellen pankreatischer TSZ mittels MSC-Vehikeln. Da die Infektion und Partikel-Produktion durch MSC bisher jedoch nicht zufriedenstellend war, mussten die Viren für die Verabreichung durch MSC und für die Infektion von Pankreaskarzinomzellen optimiert werden. Wir haben ein Ad5/3 chimeres OAd Kapsid eingesetzt, das die Zellbindungsdomäne des Adenovirus Serotyp 3 besitzt und diese Modifikation verstärkte stark den Eintritt des Virus in humane Knochenmarks-MSC und in etablierte und primäre Pankreaskarzinomzellen. Desweiteren haben wir die viralen Funktionen nach Zelleintritt verbessert, indem wir das anti-apoptotische virale Gen E1B19K deletiert haben. In einem weiteren Konstrukt haben wir das Gen des Todesliganden TRAIL eingeführt. Die Deletion von E1B19K und auch die Insertion des TRAIL-Gens führten zu deutlich verstärkten Virustitern die von MSC freigesetzt wurden, während die Migration der MSC nicht beeinträchtigt wurde. Diese Virusmodifikationen verbesserten auch die Zerstörung und das Zytotoxizitätsprofil in einer Reihe getesteter pankreatischer Tumorzellkulturen. Die verbesserten OAds mit Deletion des adenoviralen E1B19K Gens oder der Insertion des TRAIL Gens, wurden daraufhin mit und ohne MSC Vehikel an Modellen etablierter und primärer pankreatischer TSZ in vitro und in vivo getestet. Wir konnten zeigen, dass alle OAds, inklusive des Kontroll-Virus, effizient TSZ infizierten und lysierten und dabei die Koloniebildung verhinderten. Infizierte MSC migrierten in dreidimensional-wachsende spheroidale Kulturen. Wichtig dabei war, dass die Homing-Kapazität der MSC durch die Virusinfektion in keinster Weise beeinträchtigt wurde. Die Xenotransplantation von nicht-infizierten, gemischt mit wenigen infizierten Pankreaskarzinomzellen, resultierte in einem stark reduzierten Tumorvolumen und einer geringeren Expression des Proliferationsmarkers Ki67, zusammen mit einer nekrotischen Morphologie, was für eine erfolgreiche Onkolyse in vivo spricht. Marker für das adenovirale Kapsidprotein konnten im Xenograftgewebe nachgewiesen werden, nachdem infizierte MSC intravenös injiziert worden waren - dagegen nicht in normalem Wirtsgewebe. Dies spricht für eine tumorspezifische Infektion. Gleichzeitig war das Tumorvolumen stark reduziert und Ki67 und der Progressionsmarker CD24 waren reduziert, während der Apoptosemarker "aktive Caspase-3" erhöht war. Die Effekte waren bei allen getesteten OAds vorhanden, wobei das TRAIL-Konstrukt bei den in vivo Versuchen den stärksten Effekt zeigte. Die erhaltenen Daten zeigen, dass die hergestellten, verbesserten OAds effizient TSZ des Pankreaskarzinoms lysieren und ein OAd-TRAIL Konstrukt dabei der vielversprechendste Kandidat für eine künftige klinische Applikation ist.
Publications
-
(2012). Autophagy mediates survival of pancreatic tumourinitiating cells in a hypoxic microenvironment. J Pathol 227, 325-335
Rausch, V., Liu, L., Apel, A., Rettig, T., Gladkich, J., Labsch, S., Kallifatidis, G., Kaczorowski, A., Groth, A., Gross, W.
-
(2012). Evaluation of porcine mesenchymal stem cells for therapeutic use in. Int J Oncol 40, 391-401
Groth, A., Ottinger, S., Kleist, C., Mohr, E., Golriz, M., Schultze, D., Bruns, H., Mehrabi, A., Schemmer, P., Buchler, M.W., and Herr, I.
-
(2012). Virus chimeras for gene therapy, vaccination, and oncolysis: adenoviruses and beyond. Trends in molecular medicine 18, 365-76
Kaufmann, J.K., Nettelbeck, D.M.
-
(2013). The novel c-Met inhibitor cabozantinib overcomes gemcitabine resistance and stem cell signaling in pancreatic cancer. Cell Death Dis 4, e627
Hage, C., Rausch, V., Giese, N., Giese, T., Schonsiegel, F., Labsch, S., Nwaeburu, C., Mattern, J., Gladkich, J., and Herr, I.
-
(2014). Enrichment of c-Met(+) tumorigenic stromal cells of giant cell tumor of bone and targeting by cabozantinib. Cell Death Dis 5, e1471
Liu, L., Aleksandrowicz, E., Fan, P., Schonsiegel, F., Zhang, Y., Sahr, H., Gladkich, J., Mattern, J., Depeweg, D., Lehner, B., and Herr I.
-
(2014). Inhibition of glucose turnover by 3- bromopyruvate counteracts pancreatic cancer stem cell features and sensitizes cells to gemcitabine. Oncotarget 5, 5177-5189
Isayev, O., Rausch, V., Bauer, N., Liu, L., Fan, P., Zhang, Y., Gladkich, J., Nwaeburu, C.C., Mattern, J., Mollenhauer, M., and Herr I.
-
(2014). Sulforaphane counteracts aggressiveness of pancreatic cancer driven by dysregulated Cx43-mediated gap junctional intercellular communication. Oncotarget 5, 1621-1634
Forster, T., Rausch, V., Zhang, Y., Isayev, O., Heilmann, K., Schoensiegel, F., Liu, L., Nessling, M., Richter, K., Labsch, S., and Herr I.
-
(2015). Aspirin counteracts cancer stem cell features, desmoplasia and gemcitabine resistance in pancreatic cancer. Oncotarget 6, 9999-10015
Zhang, Y., Liu, L., Fan, P., Bauer, N., Gladkich, J., Ryschich, E., Bazhin, A.V., Giese, N.A., Strobel, O., Hackert, T., and Herr I.
-
(2015). Engineered adenoviruses combine enhanced oncolysis with improved virus production by mesenchymal stromal carrier cells. Int J Cancer 137, 978-990
Hammer, K., Kazcorowski, A., Liu, L., Behr, M., Schemmer, P., Herr, I., and Nettelbeck, D.M.
