German Title: Auswertung von IP-10 und TNFalpha-transduzierenden parvoviralen Vektoren als Antitumormittel in tierischen Glioblastomamodellen

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Abstract

This work evaluated the efficacy of parvoviral vectors expressing human IP-10 or mouse TNFalpha as tools against subcutaneous glioblastoma tumors in two animal models. First, new recombinant MVMp- and H1- based vectors expressing human IP-10 or mouse TNFalpha were constructed. It was shown that parvoviral vectors could effectively infect both human and murine glioblastoma cells. High amounts of the transgene proteins were produced upon infection with particular vectors. All tested cell lines were sensitive to wild type parvoviruses. Two animal models were established: murine Gl261 glioma cells were used for inducing subcutaneous tumors in C57/Bl6 mice and human U87 glioblastoma cells produced subcutaneous tumors in cd1 swiss nude mice. The antitumoral effects mediated in vivo by recombinant and wild type parvoviruses (MVMp and H1) were investigated in these animal models. High efficacy of IP-10 and TNFalpha-encoding parvoviral vectors could be demonstrated in both models. Infecting tumor cells with recombinant parvoviruses encoding IP-10 or TNFalpha as well as treating established tumors with these vectors provided conditions to observe antitumor effect. In nude mice combined IP-10/TNFalpha expression resulted with significant tumor growth delay, reduced tumor volume and prolongation of animal survival. This effect was not dependent on angiogenesis inhibition. It is possible that NK cells participate in observed antitumoral effects. The best therapeutic effect – complete tumor eradication – could be demonstrated in immunocompetent animals. This effect was reached when both types of virus (IP-10 and TNFalpha-expressing) were administered simultaneously. Histological analysis and MRI study showed that antitumoral effects in this system (tumor growth delay, reduced tumor volume and prolongation of animal survival) were not dependent on the inhibition of angiogenesis. We were able to show that intact immune system is necessary to obtain a strong antitumor effect. Rechallenged animals are protected from tumor growth. Gl261 glioma cells can be specifically recognized by host spleenocytes. The data from the literature suggest that the main effectors in the antitumoral response could be CD8+ T cells. TNFalpha - expressing vector demonstrated the ability to support dendritic cell maturation. In the systems investigated here the effectiveness of wild type H1 and MVMp viruses could not be demonstrated. Taken together, the data obtained in this work are promising and suggest that recombinant parvoviruses are good candidates for gene therapy of glioma. In the future, antitumoral effects of these vectors should be investigated in the intracranial system like well-described Gl261 model.

Translation of abstract (German)

Diese Dissertation wertet die Wirksamkeit parvoviraler Vektoren, die menschliches IP-10 oder TNFalpha der Maus exprimieren, als Hilfsmittel gegen subkutane Glioma in zwei Tiermodellen aus. Zuerst wurden neue rekombinante MVMp- und H1- basierte Vektoren, die menschliches IP-10 oder TNFalpha der Maus exprimieren, konstruiert. Es wurde gezeigt, dass parvovirale Vektoren sowohl die menschlichen, wie auch die Glioma der Maus wirkungsvoll infizieren können. Nach der Infektion mit bestimmten Vektoren wurden hohe Mengen von transgenen Proteinen erzeugt. Alle getesteten Zelllinien waren zum Wild-Typ-Virus sensitiv. Es wurden zwei Tiermodelle eingerichtet: Mit Gl261 Gliomazellen der Maus wurden subkutane Tumore bei C57/BI6 Mäusen induziert und menschliche U87 Glioblastomazellen erzeugten subkutane Tumore in cd1 swiss Nacktmäusen. Die antitumoralen Effekte, die in vivo durch rekombinante und Wildtypparvoviren (MVMp und H1) vermittelt wurden, wurden in diesen Tiermodellen untersucht. Die hohe Wirksamkeit von IP-10 und TNFalpha-transduzierenden Parvoviren konnte in beiden Modellen gezeigt werden. Das Infizieren der Tumorzellen sowohl mit IP-10 und TNFalpha-transduzierenden Parvoviren, als auch die Behandlung erzeugter Tumore mit diesen Tumoren schufen die Bedingungen, den antitumoralen Effekt zu beobachten. In Nacktmäusen erzeugte die kombinierte IP-10/TNFalpha- Exprimierung eine signifikante Tumorwachstumsverzögerung, verringertes Tumorvolumen und ein verlängertes Überleben des Tieres. Dieser Effekt war nicht abhängig von der angiogenetischen Inhibition. Es ist möglich, dass NK-Zellen einen Anteil an den beobachteten antitumoralen Effekten haben. Den besten therapeutischen Effekt – die vollständige Vernichtung des Tumors – konnte an immunokompetenten Tieren gezeigt werden. Dieser Effekt wurde erreicht, als man beide Typen des Virus (IP-10 und TNFalpha- exprimiert) gleichzeitig verabreichte. Die histologische Analyse und die MRI-Studie zeigten, dass der antitumorale Effekt in diesem System (Tumorwachstumsverzögerung, verringertes Tumorvolumen und ein verlängertes Überleben des Tieres) nicht abhängig sind von der Inhibition der Angiogenese. Wir konnten zeigen, dass ein intaktes Immunsystem notwendig ist, um eine starke antitumorale Wirkung zu erhalten. Tiere, die zum zweiten Mal mit Tumorzellen infiziert wurden, waren vor Tumorwachstum geschützt. Gl261 Gliomazellen können besonders durch Wirtsmilzzellen erkannt werden. Angaben aus der Literatur lassen vermuten, dass der Hauptverursacher der antitumoralen Antwort CD8+ T-Zellen sein könnten. Der TNFalpha-exprimierte Vektor demonstrierte die Fähigkeit, die Reifung dendritischer Zellen zu unterstützen. In dem hier untersuchten System konnte die Wirksamkeit des Wildtyps H1 und des MVMp-Viruses nicht nachgewiesen werden. Zusammenfassend gesagt sind die Daten, die in dieser Arbeit erzielt wurden, viel versprechend und legen nahe, dass rekombinante Parvoviren gute Kandidaten für die Gentherapie bei Gehirntumoren sind. In der Zukunft sollte der antitumorale Effekt dieser Vektoren im intrakranialen System, wie in dem gut beschriebenen Gl261-Modell, untersucht werden.