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BiTE-armed oncolytic measles viruses for cancer immunovirotherapy

Speck, Tobias

German Title: BiTE-bewaffnete, onkolytische Masernviren für die Krebs-Immunvirustherapie

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Abstract

Attenuated measles virus (MV) vaccine strains preferentially infect, replicate in and thus destruct cancerous cells. In recent years, it has become evident that therapeutic success of oncolytic virotherapy largely depends on the modulation of the immune system. MV-mediated oncolysis induces an immunogenic cell death (ICD), which provides the basis to enhance or reinitiate a sustained antitumor immune response. In clinical testing, salvage therapy with oncolytic MV has led to complete tumor resolutions, demonstrating its therapeutic potential. However, extensive therapeutic efficacy is limited to a minority of patients. Thus, efforts are put into preclinical research to generate more potent MV vectors. Many strategies in cancer immunotherapy aim to augment T cell responses against tumor cells. Bispecific T cell engagers (BiTEs) simultaneously engage T cells and tumor cells. BiTEmediated T cell engagement activates the engaged T cell and specifically directs its cytotoxic potential towards the crosslinked tumor cell. BiTE therapy has achieved compelling clinical success in the treatment of B cell malignancies. However, BiTEs have failed to demonstrate efficacy against solid tumors so far. Moreover, short terminal half-life of BiTEs requires continuous intravenous infusion and systemic administration of BiTEs can cause severe or even fatal side effects. We hypothesize that tumor-targeted expression of BiTEs by oncolytic MV enhances therapeutic efficacy, as compared to either monotherapy alone. Furthermore, we hypothesize that tumorrestricted BiTE-expression reduces systemic exposure to BiTEs and thus increases safety of BiTE therapy. To test these hypotheses, MVs encoding BiTEs were generated (MV-BiTE). MV-BiTE vectors were characterized in vitro in terms of replication kinetics, oncolytic activity and BiTE expression. BiTEs produced by MV-BiTE-infected cells were purified to evaluate binding specificity and BiTE-mediated T cell cytotoxicity in vitro. Therapeutic efficacy of MVBiTE in terms of survival was demonstrated using syngeneic and xenogeneic tumor models. For all studies, no signs of MV-BiTE-related toxicities were observed and BiTE plasma levels of MV-BiTE-treated mice remained below detection limit. Conclusively, tumor-targeted expression of BiTEs by oncolytic MV is feasible and prevented systemic exposure to BiTEs. Moreover, MV-BiTE treatment demonstrated therapeutic efficacy in different models of solid tumors in vivo. The MV-BiTE constructs constitute a modular vector platform that can be adapted to target any tumor antigen of choice. Thus, MV-BiTE therapy represents a promising approach for individualized cancer immunovirotherapy.

Translation of abstract (German)

Abgeschwächte Viren des Masernvirus-Impfstammes infizieren und replizieren präferentiell in Krebszellen, was zur Zerstörung der infizierten Krebszelle führt. In den vergangenen Jahren wurde bewiesen, dass der Erfolg der onkolytischen Virustherapie zu einem Großteil von der Modulation des Immunsystems abhängt. Masernvirus-vermittelte Onkolyse induziert einen immunogenen Zelltod, welcher die Grundlage für die Verstärkung oder Reinitialisierung einer anhaltenden Anti-Tumor-Immunantwort bereitet. In klinischen Studien mit onkolytischen Masernviren konnten Tumore in austherapierten Krebspatienten vollständig zurückentwickelt werden, was das therapeutische Potential von Masernviren eindrucksvoll demonstriert. Jedoch werden solch umfangreiche therapeutische Effekte nur bei wenigen Patienten erzielt. Aus diesem Grund sind Wissenschaftler in der präklinischen Forschung darum bemüht potentere Masernviren zu entwickeln. Viele Strategien in der Krebsimmuntherapie versuchen gezielt die T-Zell-Antworten gegen Krebszellen zu verstärken. BiTE-Antikörper (bispecific T cell engager) sind bispezifische Antikörper, die T-Zellen und Krebszellen miteinander verbinden können. Die BiTE-vermittelte T-Zell-Bindung aktiviert die T-Zelle und richtet ihr zytotoxisches Potential spezifisch gegen die verbundene Krebszelle. Die BiTE-Therapie hat überzeugende klinische Erfolge in der Behandlung von bösartigen B-Zell-Erkrankungen erzielt. Jedoch haben BiTE-Therapien bisher keine Wirksamkeit gegen solide Krebserkrankungen gezeigt. Darüber hinaus erfordert die kurze Halbwertszeit von BiTE-Antikörpern eine kontinuierliche intravenöse Infusion und die systemische Gabe von BiTE-Antikörpern kann ernsthafte oder sogar tödliche Nebenwirkungen verursachen. Wir stellen die Hypothese auf, dass die Expression von BiTE-Antikörpern in Krebszellen durch das onkolytische Masernvirus die therapeutische Wirksamkeit im Vergleich zu den jeweiligen Einzeltherapien verbessert. Des Weiteren nehmen wir an, dass die lokale Expression von BiTEAntikörpern die systemische Belastung verringert und dadurch die Sicherheit der BiTETherapie verbessert. Um diese Hypothesen zu überprüfen wurden Masernviren hergestellt, die BiTE-Antikörper kodieren (MV-BiTE). Die MV-BiTE-Vektoren wurden in vitro bezüglich ihrer Replikationskinetiken, ihrer onkolytischen Aktivität und der BiTE-Antikörper-Expression charakterisiert. BiTE-Antikörper, hergestellt von MV-BiTE-infizierten Zellen, wurden aufgereinigt, um ihre Bindungsspezifität und die BiTE-vermittelte T-Zell-Zytotoxizität in vitro zu untersuchen. Die therapeutische Wirksamkeit von MV-BiTE in Bezug auf die Überlebensdauer von Mäusen wurde in syngenen und xenogenen Tumormodellen demonstriert. VI In allen Studien wurden keine Anzeichen einer MV-BiTE-verursachten Toxizität beobachtet und die BiTE-Plasma-Level von MV-BiTE-behandelten Mäusen blieben unterhalb der Nachweisgrenze. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Expression von BiTE-Antikörpern in Krebszellen durch onkolytische Masernviren realisierbar ist und eine systemische Belastung mit BiTE-Antikörpern verringert. Darüber hinaus demonstrierte MV-BiTE therapeutische Wirksamkeit in verschiedenen Modellen solider Tumore in vivo. Die MV-BiTE-Konstrukte stellen eine modulare Vektor-Plattform dar, die wahlweise an jedes beliebige Tumorantigen angepasst werden kann. Dadurch verkörpert die MV-BiTE-Therapie einen vielversprechenden Ansatz in der individualisierten Krebs-Immunvirustherapie.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bartenschlager, Prof. Dr. Ralf
Place of Publication: Heidelberg, Deutschland
Date of thesis defense: 27 February 2018
Date Deposited: 29 Mar 2018 08:12
Date: 2018
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Dean's Office of the Faculty of Bio Sciences
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Cancer immunotherapy, Bispecific T cell engager, Oncolytic virotherapy
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