Виротерапия представляет новую, быстрорастущую область онкологии. Хотя лекарства для виротерапии вышли на фармацевтический рынок менее 15 лет назад, идею о вирусе, убивающем раковые клетки, можно отследить до XIX столетия. Трудно указать точный момент открытия виротерапии, так как было много важных открытий и наблюдений, которые помогли виротерапии развиться до известного нам сейчас уровня.

Наблюдения o регрессии опухоли после инфекционных заболеваний

Первые письменные отчеты о том, что врачи наблюдали внезапную ремиссию у раковых больных после некоторых инфекционных заболеваний, датируются XIX веком. Хотя в то время они не знали, что инфекционные заболевания были вызваны определенным вирусом или бактерией. Информация о подверженности опухолей вирусам датируется 1829 годом, когда Гийом Дюпюитрен описал случай регрессии рака груди после лихорадки. В 1868 году В. Буш впервые намеренно привил раковому больному рожу (рожистое воспаление – erysipelas) и заметил уменьшение злокачественного образования. В 1896 году Док описал 42-летнюю женщину с лейкемией, которая ушла в ремиссию после заражения гриппом. В 1904 году итальянка с раком шейки матки была укушена собакой. Врачи дали ей вакцину против бешенства, после чего опухоль пропала, и женщина прожила еще 8 лет. Вскоре после этого еще несколько больных итальянцев тоже получили вакцину – живой ослабленный вирус бешенства. Как в 1910 году сообщал Николя де Пасе, у некоторых больных опухоли уменьшились. [1, 4, 5, 9]

Развитие микробиологии

Развитие виротерапии шло в ногу с развитием микробиологии. История микроорганизмов, как мы их знаем сейчас, датируется XVIII веком, когда нидерландский ученый Антони ван Левенгук (1632-1723) открыл и изучил микроорганизмы с помощью микроскопа, который он сам спроектировал [15]. Хотя люди использовали преимущества микроорганизмов с древних времен, было неясно, почему виноградный сок превращается в вино, или почему молоко можно превратить в сыр. Антони ван Левенгук стал первым, кто наблюдал, что есть некие крохотные живые существа, не видные невооруженным глазом, хотя он не связывал их конкретно с ферментацией или другими процессами, касающимися микроорганизмов. После его открытий область микробиологии расцвела. Итальянский ученый Лаззаро Спалланцани (1729-1799) доказал, что нагревание убивает микроорганизмы, и новые микроорганизмы могут проникнуть в стерильный отвар, только если он подвержен воздействию воздуха, то есть, ни одно живое существо не возникает de novo [15]. Луи Пастер (1822-1895), ученый, чье имя находится среди самых известных, расширил эксперименты Спалланцани и еще раз доказал, что микроорганизмы не развиваются в стерильном отваре, а попадают в него снаружи.

Фильтр Шамберлана-Пастера и его роль в опознании вирусов

Связь между микроорганизмами и болезнью была обнаружена немецким ученым Робертом Кохом (1843-1910). Он наблюдал, что в крови животных, больных сибирской язвой, было большое количество микроорганизмов. Он также наблюдал, что переливание небольшого количества крови больного животного здоровому вызывает заболевание последнего [15]. В 1884 году другой французский ученый Шарль Шамберлан (1851-1908) изобрел фарфоровый фильтр Шамберлана-Пастера, который мог использоваться для полного удаления всех бактерий или других клеток, известных в то время, из жидкой суспензии. [1,6]

Фильтр использовался русским ученым Дмитрием Ивановским (1864-1920), чтобы изолировать бактерии, вызывающие заболевание табачной мозаики. Но после фильтрации экстракт размельченного листа сохранял инфицирующие свойства. Тогда он решил, что болезнь вызывает токсин, вырабатываемый бактерией. Работа была продолжена Мартином Бейеринком (1851-1931), который делал переливания этого профильтрованного раствора от растения растению и видел, что действие не ослабевало, и потому разработал теорию, что этот возбудитель инфекции – не токсин, а нечто, что может размножаться. [7] Но наиболее активные исследования начались после того, как Фредерик Творт (1877-1950) и Феликс Д’Эрелль (1873-1949) обнаружили, что некоторые вирусы – бактериофаги – могут инфицировать бактерии. Так как выращивать бактерии в культурах было легко, стало относительно просто исследовать бактериофаги и вирусы растений. Но это было трудно с вирусами животных и людей. Первый успех пришел в 1931 году с вирусом гриппа, который можно было выращивать в оплодотворенных куриных яйцах. Этот метод все еще используется сегодня для производства вакцин. [15]

Онкотропизм вирусов

В 1922 году румынский врач, цитолог и иммунолог Константин Левадити (1874-1953) заметил, что опухоли более восприимчивы к вирусам, чем обычные клетки, и что вирусы предпочтительно размножаются в клетках опухоли. Это стало началом понимания онкотропизма вирусов. Появление электронных микроскопов в 1939 году также стало гигантским развитием науки, так как сделало возможной визуализацию вирусов. [1, 3] Важно также упомянуть работу трех ученых – Джона Ф. Эндерса (1897-1985), Томаса Уэллера (1915-2008) и Фредерика Роббинза (1916-2003), которым удалось вырастить вирус полиомиелита в культивируемых клетках человеческих эмбрионов. Это стало началом клеточных культур, которые помогли вырастить вирусы животных вне тела животного. [15]

Исследования продолжались, и в 1951 году была извлечена, наверное, наиболее используемая клеточная линия в мире – клеточная линия HeLa. Клеточная линия HeLa была извлечена 8 февраля 1951 года из раковых клеток шейки матки Генриетты Лакс, пациентки, умершей от рака 4 октября 1951 года. Это были первые человеческие клетки, выращенные в лаборатории, которые были «обессмерчены». Клеточная линия HeLa внесла вклад во многие медицинские прорывы, она использовалась в разработке вакцины против полиомиелита в 1954 году, и это также были первые клонированные клетки. Техники культивирования клеток стали одним из краеугольных камней в дальнейших исследованиях онколитических вирусов. [1, 2, 3, 8]

Первые клинические испытания онколитических вирусов

В то же время, первые клинические испытания онколитических вирусов начались в 1940-х годах, Хостер и его коллеги ввели 22 пациентам с болезнью Ходжкина вирус гепатита B. Один из пациентов умер, 13 заболели гепатитом, а 7 показали некоторое улучшение. Ученые начали активно испытывать разные вирусы на пациентах с разными видами рака. [1, 5]

В 1952 году началось много клинических испытаний с вирусом лихорадки Западного Нила, хотя ученые наблюдали размножение вируса в опухоли, наблюдалась также нейротоксичность. В общем, реакция опухоли также наблюдалась, но редко. Был проведен скрининг на возможные онколитические вирусы, и для дальнейших исследований было выбрано несколько вирусов – аденовирусы, вирусы герпеса, парамиксовирусы, пикорнавирусы. В 1956 году ученые начали испытания аденовируса на больных с раком шейки матки. У пациентов, ответивших на аденовирус, ткань клетки сильно уменьшилась, но выживание значительно не продлилось, и более половины пациентов умерли через несколько месяцев после начала терапии. За испытаниями аденовирусов последовали испытания пикорнавирусов, но ни одни из них не принесли значительных результатов. Поэтому после этого исследования переместились к вирусу свинки. Ученые испытывали вирус свинки на 18 типах рака, используя разные методы доставки вируса. Результаты были очень положительные, у 37 из 90 пациентов опухоль исчезла полностью или уменьшилась по крайней мере наполовину. [1,5]

Адаптация вирусов

Во время этих исследований ученые поняли, что вирус должен работать более специфически. И тут ученый Элис Мур пришла к выводу, что вирусы могут быть более эффективными в клетках опухолей, в которых они были размножены. Теперь это считается целевой эволюцией. В то время адаптация вирусов была единственным способом сделать вирусы более специфическими для конкретного типа клеток. [1, 9]

Адаптация вирусов широко использовалась, а история успеха пришла из Латвии. После разработки вакцины против полиомиелита у группы исследователей, работавшей над этим проектом в Латвии, осталось много разных вирусов из желудочно-кишечного тракта здоровых детей. Они начали проводить скрининг этих вирусов на онколитические свойства. Оказалось, что вирусы группы ECHO демонстрируют онколитическую активность, и вирус ECHO-7 был адаптирован к меланоме. В 1968 году начались первые клинические испытания онколитических вирусов группы ECHO. Вирус ECHO-7 был испытан на более чем 700 пациентах с меланомой и раком желудка и желудочно-кишечного тракта на последней стадии, которым не помогло стандартное лечение того времени. Вирус ECHO-7 также оказался безопасным. [12, 16]

Генная инженерия генома вируса

Область генной инженерии стремительно развивалась с 1950-х годов, и в 1990-х годах генная инженерия стала обычной лабораторной техникой, позволявшей легко манипулировать с ДНК и РНК, соответственно, с геномами вируса. Теперь стало возможным модифицировать геном вируса, чтобы улучшить его селективность, уменьшить патогенность и помещать различные гены, которые будут производить белки, помогающие убивать раковые клетки. ONYX-015 стал первым вирусом, который вошел в I фазу клинических испытаний в 1996 году, а за ним последовали многие другие вирусы. [1, 5, 10]

Огромный интерес к онколитическим вирусам и первые утвержденные лекарства

1990-е годы можно считать также началом новой волны клинических исследований в области виротерапии. С тех пор ученые интенсивно работают, и в 2015 году более 100 онколитических вирусов были задействованы в клинических исследований. Большинство исследований находятся в I и II фазе, но некоторые компании дошли до регистрации, и в настоящее время на рынке есть 3 зарегистрированных онколитических вируса. [10, 16, 17]

Первое лекарство онколитической виротерапии было утверждено в 2004 году в Латвии: после многих десятилетий исследований был зарегистрирован генетически немодифицированный штамм вируса ECHO-7 Rigvir®. Вторым в 2005 году стал Oncorine-15®: генетически модифицированный вирус, зарегистрированный китайской компанией Shanghai Sunway Biotech. Через десять лет, в 2015 году, Imlygic® – генетически измененный HSV-1 (вирус простого герпеса) – был утвержден в США и в Европе (производитель – Amgen). [1, 10, 16, 17]

Ученые продолжают работу над онколитическими вирусами – и генетически модифицированными, и генетически немодифицированными. Когда будут утверждены новые лекарства для виротерапии – это лишь вопрос времени.

Ссылки:

1. E. Kell, S.J. Russel, History of oncolytic viruses: Genesis to Genetic Engineering. Mol Ther. 2007 Apr; 15(4):651-659.

2. AccessScience editors, Importance of HeLa cells. 2014. DOI:https://doi.org/10.1036/1097-8542.BR0826141

3. C. Comins, G.R. Simpson, K.Relph, K.J. Harrington, A.Melcher, H. Pandha, Reoviral therapy for cancer. Strategies of improving antitumor efficacy using radio- and chemotherapy. Gene therapy of cancer. 2014: p.185-186.

4. P.Kucerova and M.Cervinkova. Spontaneous regression of tumour and the role of microbial infection – possibilities for cancer treatment. Anticancer Drugs, 2016. 27(4): p. 269-277.

5. T. Shores, Understanding viruses. 2017. P. 1896-1897.

6. F.A. Murphy, The unique role of ultrafiltration in the development of virology. Advances in Virus Research. 95: p. 199-201.

7. A. Lustig, A.J. Levine, One Hundred Years of Virology. Journal of virology, 1992, p. 4629-4631.

8. A. del Carpio. THE GOOD, THE BAD, AND THE HELA. Berkley science review, 2014.
http://berkeleysciencereview.com/article/good-bad-hela/

9. A.H. Choi, M.P. O’Leary, Y. Fong, N.G. Chen, From Benchtop to Bedside: A Review of Oncolytic Virotherapy. Biomedicines, 2016. 4(3):18.

10. HL Kaufman et al., Oncolytic viruses: a new class of immunotherapy drugs. Nat Rev Drug Discovery, 2015. 14: 642-662.

11. Adapted ECHO-7 virus Rigvir immunotherapy (oncolytic virotherapy) prolongs survival in melanoma patients after surgical excision of the tumour in a retrospective study. S.Doniņa, I. Strēle, G. Proboka, J. Auziņš, P. Alberts, B. Jonsson, Dite Venskus, A. Muceniece. Melanoma Res. 2015 Oct; 25(5): 421–426.

12. Brūvere, R., O. Heisele, A. Ferdats, A. Rupais, and A. Muceniece, Echovirus-mediated biotherapy for malignant tumours: 40 years of investigation. Acta medica Lituanica, 2002. Suppl. 9: p. 97-100.

13. Alberts, P., E. Olmane, L. Brokāne, Z. Krastiņa, M. Romanovska, K. Kupčs, S. Isajevs, G. Proboka, R. Erdmanis, J. Nazarovs, and D. Venskus, Long-term treatment with the oncolytic ECHO-7 virus Rigvir of a melanoma stage IV M1c patient, a small cell lung cancer stage IIIA patient, and a histiocytic sarcoma stage IV patient-three case reports. APMIS, 2016. 124(10): p. 896-904.

14. Brūvere, R., O. Heisele, A. Ferdats, A. Rupais, and A. Muceniece, Echovirus-mediated biotherapy for malignant tumours: 40 years of investigation. Third Baltic Congress of Oncology, 2-4 May, Vilnius, Lithuania, 2002(Abstract 216): p. 251.

15. Lederberg, J. (ed.) Encyclopedia of Microbiology. Academic Press (1992). Vol.2:419-437.

16. Babiker et.al., 2017. Oncolytic virotherapy including Rigvir and standard therapies in malignant melanoma. Oncolytic Virotherapy , 6: 11 – 18.

17. H.H. Wong , N.R. Lemoine, Y. Wang, Oncolytic Viruses for Cancer Therapy: Overcoming the Obstacles. Viruses: 2010. 2(1): p. 78-106.