KENNISPLATFORM VOOR LABORATORIA

REDACTIONEEL

EDITIE 30, SEPTEMBER 2016

Virussen sporen lichaam aan om tumorcellen op te ruimen

Onderzoekers van het VUmc Cancer Center Amsterdam (CCA) ontwikkelen op basis van oncolytische virussen nieuwe therapieën voor de bestrijding van tumoren. Bij virale immunotherapie zijn het niet alleen de gemodificeerde virussen die specifiek tumorcellen doden, maar helpen die virussen ook nog eens om antigenen uit de tumorcellen vrij te maken die het immuunsysteem van de patiënt activeren om die cellen aan te vallen.

Persoonsgerichte therapie, maar dan met slechts één medicijn. Het lijkt op het eerste gezicht te mooi om waar te zijn. Maar als je Victor van Beusechem zijn uitleg beluistert over het werkingsmechanisme van de oncolytische virussen die bij het VUmc Cancer Center Amsterdam (CCA) worden geoptimaliseerd, begin je daar toch een beetje in te geloven. Niet in de laatste plaats door het aanstekelijke enthousiasme van de hoogleraar Toegepaste Moleculaire Oncologie, die aan het hoofd staat van het Oncogenomics Laboratorium, één van de vijf onderzoeksgroepen van de afdeling Medische Oncologie binnen het CCA, en van het RIFOL, de centrale CCA faciliteit voor functionele high-throughput screens. “De laatste jaren is er bij de behandeling van kanker veel aandacht voor targeted therapy, persoonsgerichte therapie. Hierbij wordt de patiënt gescreend op mutaties in het genetisch materiaal in de tumorcellen. Voor steeds meer van die mutaties zijn medicijnen ontwikkeld –al meer dan 70– die specifiek aangrijpen op de pathways of eiwitten die met die mutaties te maken hebben. Op die manier ben je steeds beter in staat om een behandeling te starten waarop de patiënt goed zal reageren. Maar als je je op één zo’n mutatie richt, weten de kankercellen vaak weer een omweg te vinden en worden ze resistent tegen die therapie. Dan kun je twee dingen doen. Heel goed monitoren of er resistentie optreedt, de veroorzakende mutatie opsporen en een medicijn voorschrijven dat op die volgende mutatie is gericht. Of je geeft direct twee of misschien wel drie middelen. Maar wat je ook doet, er is altijd wel ergens een achterdeurtje dat weer opengaat. Je zou in plaats daarvan de therapie iets breder willen insteken. Feitelijk zijn chemotherapie en bestraling ook brede therapeutische benaderingen, maar die hebben weer als nadeel dat er veel bij-effecten zijn. Bovendien ontwikkelen tumoren ook tegen deze behandelingen vormen van resistentie”, zo schetst Victor van Beusechem het ‘playing field’ in de kliniek van vóór de oncolytische virussen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Oncolytische virussen

Oncolytische virussen zijn in eerste instantie zodanig ontworpen (je bouwt namelijk met behulp van moleculair biologische technieken bepaalde eigenschappen in het virus-DNA in) dat ze niet langer de gastheercel kunnen aanzetten om eiwitten te maken die nodig zijn voor de aanmaak van nieuwe virusdeeltjes; ze kunnen niet de celcyclus fase initiëren om het DNA te kopiëren. Bij infectie van gezonde cellen zal er derhalve niets gebeuren omdat de benodigde gastheereiwitten ontbreken. Maar in kankercellen zijn ten gevolge van de ontregelde celgroei die eiwitten ruimschoots aanwezig en kan het gemodificeerde virus zich dus wel vermeerderen. Nadat er enkele tienduizenden nieuwe virusdeeltjes in de kankercel zijn geproduceerd, wordt de kanker- cel gedood en komen de dochtervirussen vrij. Die virussen kunnen weer nieuwe kankercellen infecteren en doden. Op die manier kan het virus zich door een tumor verspreiden en grote aantallen kankercellen opruimen.

“Bovendien maakt het virus tumorgeassocieerde antigenen uit de kankercellen vrij en zet zo het immuunsysteem aan om zich tegen die kankercellen te richten. En dat is heel belangrijk voor de effectiviteit. Want een beperking van die virussen is de delivery, waardoor je niet 100 procent van alle kankercellen kunt bereiken, zeker niet als je ook nog uitzaaiingen hebt. Als het virus daar via de bloedbaan naar toe moet, kan het door antilichamen worden geneutraliseerd en met name door cellen in de lever worden weggevangen. Je kiest namelijk virussen die wel veilig zijn voor mensen, en waar het menselijk lichaam al een antwoord op heeft. Zo ook het adenovirus dat wij gebruiken, een onschuldig virus dat luchtweginfecties veroorzaakt. Bijna iedereen heeft dat virus wel eens voorbij zien komen. Er bestaat ook geen medicijn tegen adenovirussen, want dat is helemaal niet nodig; het is een zelf-limiterende infectie. Lokaal in een tumor is die delivery overigens niet zo’n probleem, want zo breng je het virus al direct op de gewenste plaats en het immuunsysteem werkt daar veel minder goed”, vertelt Victor van Beusechem. “Door toepassing van onze kennis over RNA-interferentie verwachten we de oncolytische virussen nog een stuk krachtiger te kunnen maken, door onderdrukking van het immuunsysteem tijdens de replicatie van het virus in de tumor tegen te gaan.” De beoogde behandelingswijze met die nieuwe klasse van oncolytische virussen is hetzelfde als met de eerdere vormen van die gemodificeerde virussen: ze worden ingespoten in een goed benaderbare tumor. Daar zal het virus gaan repliceren en tumorgeassocieerde antigenen vrijmaken uit de kankercellen. De nieuwe virussen moeten beter dan hun voorgangers in staat zijn lokaal dendritische cellen te laten uitrijpen en activeren, die de antigenen opnemen en na migratie naar de lymfeklieren aan naïeve T-cellen presenteren. Die cellen kunnen vervolgens prolifereren en zich ontwikkelen tot volwassen cytotoxische T-cellen. Dan heb je dus uiteindelijk immuuncellen die op afstand, elders in het lichaam, zich kunnen gaan richten tegen een eventuele metastase die daar zit. En dan is het niet meer het virus, maar je eigen immuunsysteem die het werk doet. Het virus heeft als het ware het lichaam aangespoord om de tumor op te ruimen. “Het mooie aan dit mechanisme is dat de antigenen die vrijkomen bij iedere patiënt weer anders zijn, want de ene tumor is de andere niet. De normale eiwitten die je gezonde cellen maken, zijn niet immunogeen. Het zijn met name de mutaties die je kankercellen hebben opgelopen die leiden tot een iets ander eiwit en daarmee ook tot nieuwe antigene epitopen. Per patiënt verschillen de epitopen die als vreemd worden herkend. In die zin is de werking ‘personalized’, terwijl je toch maar één medicijn nodig hebt”, vult Victor van Beusechem aan.

 

 

 

 

 

 

RNA-interferentie

In het optimaliseren van de werking van de oncolytische virussen komen de twee hoofdlijnen van onderzoek bij het Oncogenomics Laboratorium samen. Naast het virusonderzoek zelf is dat het koppelen van functionele karakteristieken van kankercellen aan de onderliggende genetische compositie. Welke genetische verandering zorgt er voor dat die kankercel zich zo is gaan gedragen? En als je dat gen dan uitschakelt, kun je dan die functionele verandering weer ongedaan maken? Kun je dan bijvoorbeeld de resistentie tegen een behandeling tenietdoen of het uitzaaien van een kankercel tegengaan? “Alles wat we doen in dit perspectief moet wel klinisch relevant zijn. We gaan niet zoeken naar eigenschappen die misschien biologisch heel interessant zijn, maar waar geen concrete vraag uit de kliniek aan kan worden gekoppeld. Bijvoorbeeld, bij hersentumoren weet je dat het invasieve gedrag van die cellen het grote probleem is, dus ga je op zoek naar een manier om die invasie te remmen”, licht Victor van Beusechem toe. Voor die zoektocht gebruiken de onderzoekers een functionele screeningstool die is gebaseerd op het mechanisme van RNA-interferentie.
Ons DNA bevat ook informatie voor kleine RNA moleculen die niet voor eiwitten coderen, maar die juist de aanmaak van eiwitten specifiek kunnen remmen. Op basis van dit gegeven kunnen onderzoekers de relevante mutaties in kanker onderscheiden van de irrelevante. Door small interfering, siRNA’s te maken kunnen heel specifiek RNA’s met een bepaalde genetische code in de cel worden afgebroken, zodat de boodschap voor de aanmaak van het gekoppelde eiwit niet meer aankomt en het betreffende eiwit dus niet meer wordt aangemaakt. Omdat inmiddels de genetische code van al onze genen bekend is, kan met een verzameling van ruim 20.000 ontworpen siRNA’s de aanmaak van elk willekeurig eiwit naar believen worden uitgezet. Door telkens een ander siRNA in cellen te brengen en daarmee de aanmaak van een ander eiwit te remmen kan worden onderzocht of die eiwitten betrokken zijn bij een bepaalde eigenschap van een cel.
Dat proces van functioneel screenen in celkweken verloopt bij het CCA in het RIFOL, het RNA Interferentie Functioneel Oncogenomics Laboratorium, volledig geautomatiseerd met behulp van robots, genoom-breed, dus voor alle meer dan 20.000 bekende genen tegelijkertijd. Bij de high-throughput screening wordt onder andere gebruik gemaakt van 96- en 384-wells microtiterplaten van Greiner Bio-One. “Bij de opening van de faciliteit, in 2006, hebben we platen van verschillende fabrikanten getest. In zo’n omvangrijk geautomatiseerd proces wil je elke storing uitsluiten. De platen moeten bijvoorbeeld meerdere keren sealbaar zijn en ook mag er geen vervorming optreden bij het hitte sealen, want dan kan de opening van je well kleiner worden, zodat het puntje van de robot er niet goed in komt. Dat gebeurt niet bij de platen van Greiner.”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Klinisch perspectief

Of het fundamenteel en preklinisch onderzoek ook daadwerkelijk tot geneesmiddelen gaat leiden, is nu nog niet te zeggen. “We hopen spoedig te publiceren over de in Nederland als eerste gestarte klinische studie met oncolytische virussen, een tweecentrum fase I/II studie van het VUmc en het Erasmus Medisch Centrum naar de behandeling van teruggekeerde maligne hersentumoren. Hierbij hebben we gebruik gemaakt van een eerdere generatie gemodificeerd adenovirus dat in de Verenigde Staten werd ontwikkeld”, vertelt Victor van Beusechem. ORCA Therapeutics, een door onder meer Van Beusechem in 2005 opgerichte spin-off van het VUmc, werkt toe naar de start van een klinische trial bij prostaatkanker patiënten. Door een extra mutatie in het virus aan te brengen, waar ORCA ook de IP op heeft, is deze versie een factor 10 potenter dan de vorige generatie, en zelfs 10.000 keer zo potent als de eerste versie oncolytisch adenovirus die is goedgekeurd voor gebruik bij de mens. Dat blijkt althans uit in vitro studies op een panel van verschillende kankercellijnen van verschillende soorten kanker. In muismodellen is effectieve remming van de groei van een aantal soorten menselijke tumoren door injectie met het nieuwe virus al aangetoond. ORCA Therapeutics is samen met het Finse bedrijf TILT Biotherapeutics ook commercieel partner in een groot door het VUmc gecoördineerd Europees Horizon 2020 project waarin vijf promovendi de komende jaren gaan onderzoeken of een virale immunotherapie kan worden ontwikkeld voor melanoom. Hierbij willen de onderzoekers het virus optimaal uitrusten om ook op immunologisch gebied zijn slag te (laten) slaan c.q. de virusbehandeling combineren met benaderingen om het immuunsysteem nog een extra zetje te geven. “Dat is weer een stap voorwaarts op een ontdekkingsreis waarvan je niet precies weet waar die eindigt. Het enige dat je zeker weet is dat je die reis alleen maar kunt maken door samen te werken, met de andere vakgroepen binnen het CCA, met andere universiteiten in binnen- en buitenland en zeker ook met bedrijven. Want bij alles wat we doen staat het maatschappelijk belang voorop, dat je door de toepassingen uiteindelijk tot een betere behandeling komt. Daarvoor is het nodig om een weg te vinden waarin onze uitvingen worden vertaald naar iets dat wordt opgepikt, waar geld in wordt geïnvesteerd voor de commerciële ontwikkeling, zodat op basis daarvan ooit medicijnen op de markt kunnen komen. Die kans is misschien wel erg klein, maar met de huidige onderzoeksresultaten ben ik wat dat betreft nog steeds vol vertrouwen.”

 

Greiner Bio-One

www.gbo.com

 

VUmc CCA

www.vumc.com/branch/cca/research

www.amsterdamresearch.org/web/cancer-center-amsterdam/home-2.htm

 

ORCA Therapeutics

www.orca-therapeutics.nl

 

De inspirerende oratie van Victor van Beusechem die hij uitsprak op 27 mei 2016 is te downloaden via http://hdl.handle.net/1871/54475.

Ida van der Meulen is al vanaf de start van het RIFOL, het RNA Interferentie Functioneel Oncogenomics Laboratorium, operator van de gerobotiseerde opstelling waarmee op meer dan

20.000 genen tegelijkertijd in celkweken functionele screening kan plaatsvinden.

Victor van Beusechem, hoogleraar Toegepaste Moleculaire Oncologie bij het VUmc Cancer Center Amsterdam (CCA) ontwikkelt op basis van oncolytische virussen nieuwe therapieën voor de bestrijding van tumoren.

Schematische weergave van de werking van een oncolytisch adenovirus

(bron: El Dorado achter de horizon, Oratie Van Beusechem, 2016)

Schematische weergave van de toepassing van RNA-interferentie bij de identificatie van eiwitten die essentieel zijn voor de uitoefening van bepaalde functies van een cel (bron: El Dorado achter de horizon, Oratie Van Beusechem, 2016).

AGENDA

KOOPJESHOEK