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Increasing oncoselectivity of virotherapy: Receptor targeted viruses against CD30-positive malignancies

Hanauer, Julia (2018):
Increasing oncoselectivity of virotherapy: Receptor targeted viruses against CD30-positive malignancies.
Darmstadt, Technische Universität,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Increasing oncoselectivity of virotherapy: Receptor targeted viruses against CD30-positive malignancies
Language: English
Abstract:

Classical Hodgkin lymphoma (cHL) is a hematopoietic malignancy with a characteristic cellular composition. The tumor mass is made up of infiltrated lymphocytes and other cells of hematologic origin but only very few neoplastic cells that are mainly identified by the diagnostic marker CD30. While most patients with early stage cHL can be cured by standard therapy, treatment options for relapsed or refractory cHL are still inadequate, although immunotherapy-based approaches for the treatment of cHL patients have gained ground in the last decade. As targeting molecule CD30 is in focus since it is only minimally expressed on normal cells. Oncolytic viruses (OV) combine the selective lysis of tumor cells with the induction of an antitumoral response. Due to the broad tropism, strategies to increase tumor specificity were developed. One approach is the retargeting of cell entry of viral particles to a receptor of choice through genetic modification of the viral envelope. This thesis investigates CD30-targeted oncolytic viruses as novel therapeutic concept against cHL selectively destroying CD30+ tumor cells. CD30-targeted measles virus (MV CD30) and vesicular stomatitis virus (VSV CD30) were generated in a previous work and rely on a recently described CD30-specific single chain variable fragment (scFv). For VSV CD30 the VSV glycoprotein G reading frame is replaced by those of the CD30-targeted MV glycoproteins. In the current thesis, selectivity for the infection of CD30+ cHL cells was demonstrated by infection experiments of two cHL cell lines L 428 and KM H2. In vitro killing capacity of VSV CD30 vs. MV CD30 was examined, demonstrating that VSV CD30 induced more rapid and efficient killing of both cHL cell lines. In contrast, CD30+ activated healthy T lymphocytes were protected from infection with CD30-targeted viruses. Notably, VSV CD30 yielded much higher titers than MV CD30 and could be purified out of supernatant of infected cells. For preclinical studies, two xenograft tumor mouse models of human cHL in immunodeficient NSG mice were designed. First, a local subcutaneously growing cHL mouse model was established. Subcutaneous KM H2 but not L 428 tumors responded to VSV CD30 treatment with growth inhibition. In addition, replicating virus could be recovered from tumor tissue. After stabilizing tumor growth using “Matrigel” and demonstrating that virus replication is not hindered in this extracellular based hydrogel, KM H2 was identified as a potentially appropriate tumor model. Using the established local mouse tumor model, antitumoral activities of both MV CD30 and VSV CD30 were evaluated. Remarkably, intratumorally, as well as systemically injected VSV CD30 significantly slowed down tumor growth of cHL xenografts resulting in a substantially prolonged survival of tumor-bearing mice. Second, a disseminated growing cHL mouse model was established to represent a clinically more relevant tumor burden. At least in some mice, VSV CD30 treatment induced tumor growth inhibition, again underlining the CD30 targeting capacity. In contrast to cHL, CD30+ anaplastic large cell lymphoma (ALCL) cell lines were not susceptible for the infection with VSV CD30 but rather for the infection with MV CD30. These findings demonstrate that oncolytic potential of VSV CD30 cannot be generalized and has to be separately evaluated for each type of tumor. In summary, this study is a proof of concept that VSV CD30 has oncolytic activity against xenograft cHL tumors. It will pave the way for further preclinical investigations to use VSV CD30 as a novel therapeutic agent for the treatment of cHL.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Beim klassischen Hodgkin Lymphom (cHL) handelt es sich um eine maligne Erkrankung des hämatopoetischen Systems, die durch ein einzigartiges histologisches Muster charakterisiert ist. Die Tumormasse ist hauptsächlich aus infiltrierten Lymphozyten und anderen Zellen hämatologischen Ursprungs zusammengesetzt, jedoch aus nur sehr wenigen neoplastischen Zellen. cHL-Tumorzellen werden durch CD30 als wichtigsten immunologischen Marker charakterisiert. Die Mehrheit der Patienten mit cHL in einem frühen Stadium können durch Standardtherapie, einer Kombination aus multimodaler Chemotherapie und Radiotherapie, behandelt werden. Jedoch sind Behandlungsmöglichkeiten für Patienten, die nicht empfänglich für die Standardtherapie sind oder ein Rezidiv erleiden, noch unzureichend. In den letzten Jahren haben neue Ansätze für die Behandlung von cHL basierend auf Immuntherapie an Bedeutung gewonnen. CD30 ist als Zielmolekül dabei von besonderer Bedeutung, da es auf anderen Zellen nur sehr gering exprimiert wird. Onkolytische Viren (OV) kombinieren die selektive Lyse von Tumorzellen mit der Induktion einer antitumoralen Immunantwort. Da sie jedoch einen relativ breiten Tropismus aufweisen, wurden verschiedene Strategien entwickelt, um die Tumorselektivität zu erhöhen. Ein Ansatz basiert auf dem Retargeting des Zelleintritts viraler Partikel auf einen bestimmten Rezeptor der Wahl durch genetische Modifikation der viralen Hülle. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einer neuartigen Behandlungsstrategie für cHL, die auf genetisch modifizierten CD30-targetierten OV beruht. Dazu wurden Masernviren (MV) und Vesikuläre Stomatitis Viren (VSV) so verändert, dass sie CD30 als Rezeptor für die Infektion von CD30+ cHL Tumorzellen verwenden. MV CD30 und VSV CD30 basieren auf einem kürzlich beschriebenen CD30-spezifischen Einzelkettenantikörperfragment (scFv) und wurden für diese Arbeit zur Verfügung gestellt. Für die Generierung von VSV CD30 wurde VSV G deletiert und gegen die modifizierten Glykoproteine von MV CD30 ersetzt. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst die spezifische Infektion von zwei verschiedenen CD30+ cHL Tumorzelllinien, L 428 und KM H2 gezeigt. Zusätzlich wurde die onkolytische Aktivität von MV CD30 und VSV CD30 in vitro untersucht. VSV CD30 tötete beide cHL Tumorzelllinien nach Infektion ab, wohin gegen gesunde CD30+ T Lymphozyten vor der Infektion mit CD30-targetieren Viren geschützt waren. VSV CD30 replizierte schneller als MV CD30 und erreichte höhere Maximaltiter. Darüber hinaus gaben infizierte Zellen VSV CD30 deutlich effizienter in das Zellkulturmedium ab als MV CD30, so dass VSV CD30 zellfrei aus dem Überstand aufgereinigt werden konnte. Für präklinische Studien wurden zwei xenograft Tumormausmodelle von humanem cHL in immundefizienten NSG Mäusen etabliert. Zuerst wurde ein lokales Tumormodell etabliert, in dem die Tumorzellen in einem subkutanen (s.c.) Tumor wuchsen. Subkutane KM H2 Tumore wurden durch die VSV CD30 Behandlung in ihrem Wachstum verlangsamt, s.c. L 428 Tumore jedoch nicht. Zusätzlich konnte aus s.c. KM H2 Tumoren replizierendes VSV CD30 isoliert werden. Das Wachstum der s.c. KM H2 Tumore wurde durch ein Hydrogel aus künstlicher extrazellulärer Matrix („Matrigel“) stabilisiert. Demnach wurde ein Tumormausmodell basierend auf KM H2 Zellen als am besten geeignet identifiziert. Basierend darauf wurden die antitumoralen Aktivitäten von MV CD30 im Vergleich zu VSV CD30 untersucht. Sowohl intratumoral als aus systemisch appliziertes VSV CD30 verlangsamte das Tumorwachstum der cHL Tumore über mehrere Wochen, was zu einem signifikanten Überlebensvorteil der tumortragenden Mäuse führte. Zusätzlich wurde ein disseminiertes Tumormodell etabliert, um das Tumorwachstum einer klinisch relevanten Situation besser wiederspiegeln zu können. In diesem Modell reagierten ebenfalls einige Mäuse auf die VSV CD30 Behandlung durch Verlangsamung des Tumorwachstums. Im Unterschied zu cHL waren CD30+ anaplastisch-großzellige Lymphom (ALCL) Tumorzelllinien nicht suszeptibel für eine Infektion mit VSV CD30, jedoch für die Infektion mit MV CD30 in vitro. Diese Beobachtung zeigt, dass das onkolytische Potential von VSV CD30 nicht verallgemeinert werden kann und für jede Tumorart einzeln untersucht werden muss. Die Charakterisierung von VSV CD30 in dieser Arbeit liefert die Grundlage, auf der weiterführende präklinische Studien durchgeführt werden können für eine Anwendung als Therapeutikum gegen cHL.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: 10 Department of Biology
Date Deposited: 18 Jan 2019 14:40
Last Modified: 09 Jul 2020 02:28
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-83318
Referees: Süß, Prof. Dr. Beatrix and Löwer, Prof. Dr. Alexander and Buchholz, Prof. Dr. Christian
Refereed: 23 November 2018
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8331
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