Viroterapija ir jauna, ātrā izaugsmes posmā esoša onkoloģijas nozare. Lai gan viroterapijas medikamenti farmācijas tirgū ienāca gandrīz pirms piecpadsmit gadiem, ideja, ka vēzi varētu uzveikt ar vīrusa palīdzību, bija radusies jau 19. gadsimtā. Ir grūti noteikt konkrētu viroterapijas atklāšanas brīdi, jo pirms tā bija daudz svarīgu atklājumu un novērojumu, kas palīdzēja viroterapijai attīstīties līdz mūsdienu līmenim.

Audzēju regresijas konstatējumi pēc infekcijas slimībām

Pirmās rakstiskās liecības, kurās ārsti apstiprina novērotu spontānu slimības remisiju vēža pacientiem, kad viņi slimoja ar infekcijas slimībām, ir atrodamas jau 19. gadsimtā. Taču tolaik viņi nezināja, ka infekcijas slimības izraisa konkrēts vīruss vai baktērija. Informācija par to, ka vīrusi ietekmē audzējus, ir atrodama 1829. gadā, kad Gijoms Dipjutrans (Dupuytren) aprakstīja gadījumu par audzēja regresiju pēc drudža. 1868. gadā V. Bušs (Busch) pirmais apzināti piepotēja vēzi pacientam, kas slimoja ar rozi, un manīja ļaundabīgā veidojuma samazināšanos. 1896. gadā Doks (Dock) rakstīja, ka 42 gadus vecai sievietei, kura slimoja ar leikēmiju, pēc gripas bija vērojama slimības remisija. 1904. gadā kādu itālieti, kurai bija dzemdes kakla vēzis, sakoda suns. Ārsti viņu vakcinēja pret trakumsērgu. Pēc potes audzējs pazuda un sieviete nodzīvoja vēl astoņus gadus. Nedaudz vēlāk vēl dažām Itālijā dzīvojošām dzemdes kakla vēža pacientēm iepotēja vakcīnu — vājinātu dzīvu trakumsērgas vīrusu. Nikola De Pače (Pace) 1910. gadā norādīja, ka dažām pacientēm audzējs samazinājās. [1, 4, 5, 9]

Mikrobioloģijas attīstība

Viroterapijas attīstība ir notikusi vienlaikus ar mikrobioloģijas attīstību. Šodien zināmo mikroorganismu vēsture aizsākās 18. gadsimtā, kad flāmu zinātnieks Antonijs van Lēvenhuks (Van Leeuwenhoek) (1632-1723) atklāja un pētīja mikroorganismus, izmantojot paša izgatavotu mikroskopu [15]. Lai gan cilvēki kopš seniem laikiem ir izmantojuši mikroorganismu sniegtos labumus, līdz tam nebija skaidrs, kādēļ vīnogu sula pārvēršas vīnā vai kā no piena var iegūt sieru. Antonijs van Lēvenhuks bija pirmais, kurš pamanīja, ka pastāv dzīvas sīkbūtnes, kuras nav iespējams saskatīt ar neapbruņotu aci, lai gan viņš tās neasociēja ar fermentāciju vai citiem procesiem, kuros ir iesaistīti mikroorganismi. Mikrobioloģijas nozare piedzīvoja uzplaukumu tieši pēc viņa atklājumiem. Itāļu zinātnieks, Lazaro Spalanzani (Spallanzani) (1729-1799), pierādīja, ka mikroorganismi karstumā iet bojā un jauni mikroorganismi var iekļūt sterilā buljonā tikai tad, ja tas ir saskāries ar gaisu, pretējā gadījumā tajā neparādās jaunas sīkbūtnes [15]. Luijs Pastērs (Pasteur) (1822-1895) ir viens no populārākajiem zinātniekiem, un viņš turpināja Spalanzani iesāktos eksperimentus, vēlreiz pierādot, ka sterilā buljonā mikroorganismi neattīstās, un visi tajā konstatējamie ir nākuši no ārpuses.

Šamberlāna-Pastēra filtrs un tā loma vīrusu noteikšanā

Saikni starp mikroorganismiem un vīrusiem atklāja vācu zinātnieks Roberts Kohs (Koch) (1843-1910). Viņš novēroja, ka ar Sibīrijas mēri sirgstošu dzīvnieku asinīs ir ļoti daudz mikroorganismi. Viņš arī konstatēja, ka, ja nelielu daudzumu slima dzīvnieka asiņu pārlej veselam, tas pēdējam izraisa slimību [15]. 1884. gadā franču zinātnieks Šarls Šamberlāns (Chamberland) (1851-1908) izgudroja tā saukto Šamberlāna-Pastēra filtru, ar kuru no šķidras suspensijas varēja izfiltrēt visas tai laikā zināmās baktērijas un šūnas. [1,6]

Filtru izmantoja krievu zinātnieks Dmitrijs Ivanovskis (Ivanovsky) (1864-1920), cenšoties izolēt baktērijas, kas izraisa tabakas mozaīkas slimību. Taču no saspiestām lapām iegūtais ekstrakts bija infekciozs arī pēc filtrēšanas. Viņš prātoja, vai pie vainas nav slimību izraisošo baktēriju toksīns. Viņa iesākto darbu turpināja Martins Beijerniks (Beijerinck) (1851-1931), kurš šo filtrēto šķīdumu pārnesa no viena auga uz otru, konstatējot, ka tā iedarbība nevājinās; tādēļ viņš radīja teoriju, ka šī infekciozā viela ir nevis toksīns, bet kaut kas, kas spēj vairoties. [7] Tomēr visaktīvākie pētījumi sākās tad, kad Frederiks Tvorts (Twort) (1877-1950) un Fēlikss d’Erells (d’Herelle) (1873-1949) konstatēja, ka daži vīrusi — bakteriofāgi — spēj inficēt baktērijas. Tā kā baktēriju audzēšana kultūrās bija elementāra, kļuva aizvien vienkāršāk izpētīt bakteriofāgus un augu vīrusus. Tomēr dzīvnieku un cilvēku vīrusu gadījumā tas bija sarežģīti. Pirmie panākumi tika gūti 1931. gadā ar gripas vīrusu, kuru varēja audzēt apaugļotās vistu olās. Šo metodi mūsdienās joprojām izmanto vakcīnu iegūšanai. [15]

Vīrusu onkotropisms

1922. gadā Rumāņu ārsts, citologs un imunologs, Konstantīns Levaditi (Levaditi) (1874-1953), novēroja, ka audzēji ir uzņēmīgāki pret vīrusiem, nekā pret normālām šūnām un vīrusi labāk vairojas audzēja šūnās. Tas bija sākums zināšanām par vīrusu onkotropismu. Arī elektronu mikroskopa ieviešana 1939. gadā bija milzīgs attīstības solis zinātnē, jo tas ļāva vizualizēt vīrusus. [1, 3] Ir svarīgi pieminēt arī darbu, ko paveica trīs zinātnieki: Džons F. Enderss (Enders) (1897-1985), Tomass Vellers (Weller) (1915-2008) un Frederiks Robins (Robbins) (1916-2003), proti, polimielīta vīrusa audzēšanu cilvēka embrija šūnu kultūrā. Tas bija šūnu kultūru ēras sākums, ļaujot audzēt dzīvnieku vīrusus ārpus dzīvnieku ķermeņa. [15]

Pētījumi turpinājās un 1951. gadā tika atvasināta, iespējams, visplašāk lietotā šūnu līnija pasaulē — HeLa šūnu līnija. HeLa šūnu līnija tika atvasināta no dzemdes kakla vēža šūnām, kuras 1951. gada 8. februārī tika paņemtas no Henrietas Laksas, pacientes, kas 1951. gada 4. oktobrī mira no vēža. Tās bija pirmās laboratorijā audzētās cilvēka šūnas, kas „padarītas nemirstīgas“. HeLa šūnu līnija ir veicinājusi daudzus medicīniskus atklājumus; 1954. gadā tā tika izmantota arī polimielīta vakcīnas izveidē un šīs šūnas bija pirmās, kas tika klonētas. Šūnu kultūras pagatavošanas tehnikas kļuva par vienu no turpmāko onkolītikso vīrusu pētījumu stūrakmeņiem. [1, 2, 3, 8]

Onkolītisko vīrusu pirmie klīniskie izmēģinājumi

1940. gados tika uzsākti pirmie onkolītisko vīrusu klīniskie izmēģinājumi; Hosters (Hoster) ar kolēģiem 22 pacientiem, kas sirga ar Hodžkina slimību, injicēja hepatīta B vīrusu. Viens pacients nomira, 13 pacienti saslima ar hepatītu, taču 7 bija vērojams zināms uzlabojums. Zinātnieki sāka aktīvi pārbaudīt, kā dažādie pacientos mītošie vīrusi iedarbojas uz dažādu vēžu veidiem. [1, 5]

1952. gadā tika uzsākti daudzi klīniskie izmēģinājumi ar Rietumnīlas vīrusu (West Nile virus). Kaut gan zinātnieki novēroja vīrusa vairošanos audzējā, līdzās tam bija konstatējama arī neirotoksicitāte. Lai arī reti, taču kopumā bija novērojama audzēja reakcija. Tika veikts iespējamo onkolītisko vīrusu skrīnings un daži vīrusi — adenovīrusi, herpes vīrusi, paramiksovīrusi, pikornavīrusi tika izvēlēti tālākiem pētījumiem. 1956. gadā zinātnieki sāka izmēģinājumus, novērojot adenovīrusa iedarbību uz dzemdes kakla vēža pacientēm. Pacientēm, kuras reaģēja uz adenovīrusu, daudz audzēja audu izdalījās no organisma, taču dzīvildze būtiski neuzlabojās, un vairāk nekā puse pacientu nomira dažu mēnešu laikā pēc terapijas uzsākšanas. Pēc izmēģinājumiem ar adenovīrusu sākās izmēģinājumi ar pikornavīrusu, taču neviens no tiem nedeva vērā ņemamus rezultātus. Tādēļ nākamie pētījumi pievērsās cūciņu vīrusam. Zinātnieki pārbaudīja cūciņu vīrusa iedarbību uz 18 vēža veidiem, izmantojot dažādus vīrusa ievadīšanas paņēmienus. Rezultāti bija ļoti pozitīvi: 37 no 90 pacientiem audzējs izzuda pilnībā vai vismaz samazinājās uz pusi. [1,5]

Vīrusu adaptācija

Šo pētījumu laikā zinātnieki saprata, ka vīrusam ir jābūt konkrētākam. Zinātniece Elisa Mūra secināja, ka vīrusi ir efektīvāki to audzēju audos, kuros tie vairojas. Šobrīd to uzskata par mērķtiecīgu evolūciju. Tolaik vīrusu adaptācija bija vienīgais veids, kā vīrusus vairāk pielāgot konkrētam šūnu veidam. [1, 9]

Vīrusu adaptācija bija plaši izmantota pieeja un veiksmes stāsts ir radies Latvijā. Pēc polimielīta vakcīnas izveidošanas pētnieku grupai, kas strādāja pie šī projekta Latvijā, bija dažādi vīrusi, kas iegūti no veselu bērnu gremošanas trakta. Viņi sāka šo vīrusu skrīningu, ar nolūku novērot to onkolītiskās īpašības. Tika konstatēts, ka ECHO grupas vīrusiem piemīt onkolītiska aktivitāte, un ECHO-7 vīruss tika adaptēts melanomai. 1968. gadā sākās pirmie klīniskie izmēģinājumi ar onkolītiskajiem ECHO grupas vīrusiem. ECHO-7 vīruss tika pārbaudīts vairāk nekā 700 pacientos, kuriem bija melanoma, kuņģa un gremošanas trakta vēzis vēlīnās stadijās un kuriem tā laika standarta ārstēšanas metodes nebija devušas vēlamos rezultātus. Bija pierādīts, ka ECHO-7 vīruss ir drošs. [12, 16]

Vīrusa genoma ģenētiskā inženierija

Ģenētiskās inženierijas nozare kopš 1950. gadiem attīstījās strauji, un 1990. gados tā jau bija kļuvusi par ierastu laboratorijas praksi, ļaujot viegli veikt manipulācijas ar DNS un RNS un attiecīgi — ar vīrusu genomiem. Šobrīd ir iespējams modificēt vīrusa genomu, lai uzlabotu tā selektivitāti, samazinātu patogenitāti un ievietotu dažādus gēnus, kas beigu beigās ražotu olbaltumvielas, kas palīdzētu nogalināt vēža šūnas. ONYX-015 kļuva par pirmo vīrusu, kas 1996. gadā iekļuva klīnisko izmēģinājumu 1. posmā, un tam sekoja vēl daudzi citi vīrusi. [1, 5, 10]

Milzīga interese par onkolītiskajiem vīrusiem un pirmie apstiprinātie medikamenti

1990. gadi ir uzskatāmi arī par jaunu vilni viroterapijas klīnisko pētījumu jomā. Kopš tā laika zinātnieki intensīvi strādā, un 2015.  gadā bija aizsākti jau vairāk nekā 100 klīnisko pētījumu, kuros pārbauda onkolītiskos vīrusus. Vairums pētījumu atrodas 1. un 2. posmā, taču dažiem uzņēmumiem pat izdevās medikamentus reģistrēt un šobrīd tirgū pieejami 3 reģistrēti onkolītiskie vīrusi. [10, 16, 17]

Pirmais onkolītiskās viroterapijas medikaments Latvijā tika apstiprināts 2004. gadā, un tika reģistrēts ģenētiski nemodificētais ECHO-7 vīruss Rigvir®. Nākamais 2005. gadā bija ķīniešu uzņēmuma „Shangai Sunway Biotech“ reģistrētais ģenētiski modificētais Oncorine-15®. Desmit gadus vēlāk — 2015. gadā — ASV Pārtikas un zāļu pārvalde un Eiropas zāļu aģentūra apstiprināja ģenētiski mainītu HSV-1 (vienkāršo herpesvīrusu), Imlygic®. [1, 10, 16, 17]

Zinātnieki turpina pētīt gan ģenētiski modificētos, gan ģenētiski nemodificētos onkolītiskos vīrusus. Jaunu viroterapijas medikamentu apstiprināšana ir tikai laika jautājums.

Atsauces:

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.