Katsaus TANJA HAKKARAINEN, ANNA KANERVA JA AKSELI HEMMINKI Syöpä on yleinen sairaus. Vuonna 2002 siihen arvioitiin kuolleen noin seitsemän miljoonaa ihmistä. Diagnosointimenetelmien ja hoitomuotojen kehityksestä huolimatta osaan syöpäsairauksista ei edelleenkään ole tehokasta hoitoa. Etenkin uusiutuva tai elimistöön laajalle metastasoitunut syöpä on valitettavan usein vaikeasti hoidettavissa, eikä levinneitä kiinteitä kasvaimia voida yleensä parantaa. Yksi uusista kehitteillä olevista syövän hoitomenetelmistä on geeniterapia. Syövän geeniterapiassa ei yleensä muokata syöpäsolun omia geenejä vaan niihin siirretään hoitogeenejä, joiden toiminta aiheuttaa syöpäsolujen ja lopulta koko kasvaimen tuhoutumisen. Hoitogeenien lisäksi keskeisessä roolissa ovat geenien siirrossa käytetyt, useimmiten viruksista muokatut geeninkuljettimet eli vektorit. J ames Watson ja Francis Crick selvittivät DNA:n rakenteen 1950-luvun alussa. Sen jälkeen molekyylibiologia on kehittynyt pitkin harppauksin. DNA:ta on opittu muokkaamaan ja käsittelemään monin eri tavoin, ja tieto sen rakenteesta, ominaisuuksista ja toiminnasta on lisääntynyt. Proteiineja koodittavia geenejä on myös pystytty siirtämään menestyksekkäästi organismista toiseen erilaisten menetelmien avulla. Onnistuneiden geeninsiirtojen ja mo nien sairauksien molekulaaristen taustojen selviämisen myötä syntyi myös ajatus geeniterapian käytöstä sairauksien hoidossa. Joidenkin sairauksien taustalla on joko perinnöllinen tai ympäristötekijöiden aiheuttama geenivirhe, joka estää geenin normaalin toiminnan. Tällöin geenit tuottavat liian vähän koodittamaansa proteiinia tai tuloksena on viallinen proteiini, minkä seurauksena solujen ja lopulta koko elimistön toiminta häiriintyy. Geeniterapian perusajatuksena on hoitaa tai ehkäistä sairauksia siirtämällä elimistöön geeni, joka tuottaa taudin ilmiasuun myönteisellä tavalla vaikuttavaa proteiinia. Duodecim 2005;121:2195 203 Geeniterapian aikakauden voidaan katsoa alkaneen 1990-luvun alussa, jolloin tehtiin ensimmäinen kliininen geeniterapiakoe. Siinä hoidettiin perinnöllisestä adenosiinideaminaasin puutoksesta kärsiviä potilaita (Blaese ym. 1995). Suomessa ensimmäinen terapeuttinen geeninsiirto tehtiin vuonna 1995, ja kohdesairautena oli pahanlaatuinen gliooma (Ylä-Herttuala ym. 1996). Vaikka geeniterapian ajateltiin alun perin soveltuvan lähinnä perinnöllisten, yhden geenivirheen aiheut tamien sairauksien hoitoon, on sitä sittemmin käytetty menestyksekkäästi hankinnaisten ja geneettiseltä taustaltaan monimutkaisten sairauksien esimerkiksi syövän hoidossa. Suomessa todettiin v. 2002 noin 23 000 uutta syöpätapausta, ja syöpäpotilaiden määrä näyttää edelleen lisääntyvän (www.cancerregistry.fi). Syövän vanhempien hoitomenetelmien (kirurgia, säde-, solunsalpaaja- ja hormonihoito) kehittymisestä huolimatta osaan syöpäsairauksista ei edelleenkään ole tehokasta hoitoa. Etenkin uusiutuvat tai elimistöön laajalle levinneet kiinteät kasvaimet ovat valitettavan usein vaikeasti hoidettavissa. Koska tarve hoitojen kehittämiseen 2195
Infektiosairaudet 6,6 % Sydän- ja verisuonisairaudet 8,1 % Monogeeniset sairaudet 9,4 % on suuri, ovat syöpäsairaudet yksi geeniterapiatutkimuksen painopistealueista. Suurin osa (66 %) vuoteen 2005 mennessä raportoiduista kliinisistä tutkimuksista tehtiin syöpäpotilailla (kuva 1). Syövän geeniterapia Muut 9,4 % Syöpä 66 % KUVA 1. Geeniterapian kohdesairauksien jakauma kliinisissä kokeissa (www.wiley.co.uk/genetherapy/clinical/). Syöpä johtuu solun kasvunrajoitegeeneissä ja syöpägeeneissä tapahtuneista muutoksista, joista pieni osa on periytyviä ja valtaosa syntyy ympäristön vaikutuksesta. Vaikka kaikissa edenneissä kasvaimissa on paljon muutoksia, jo yhdenkin poikkeavuuden korjaaminen voi aiheuttaa syöpäsolun tuhoutumisen. Esimerkiksi terveen p53-kasvunrajoitegeenin vienti adenoviruksen avulla syöpäsoluihin, joiden oma p53-geeni on mutatoitunut, aiheuttaa kyseisten solujen kuoleman. Kiinassa on tehty vaiheen III satunnaistettu tutkimus, jossa tämän hoidon (yhdessä sädehoidon kanssa) todettiin hyödyttävän pään ja kaulan syöpää sairastavia (tuloksia ei ole tosin vielä julkaistu läntistä vertaisarviojärjestelmää noudattavassa lehdessä). Hoidossa käytetty valmiste Gendicine on saanut Kiinassa myyntiluvan (Pearson ym. 2004). Suuressa osassa geeniterapian kliinisistä kokeista on kuitenkin käytetty immunoterapeuttista menetelmää, jossa syöpäsolut pyritään tuhoamaan syöpäkasvaimeen kohdistetun immuunivasteen avulla (Pardoll 2002). Tällöin siirrettävät geenit voivat tuottaa esimerkiksi kasvaimelle tunnusomaisia proteiineja, jotka auttavat elimistön immuunijärjestelmää tunnistamaan ja tuhoamaan kyseiset syöpäsolut. Syövän saavuttama immunologinen toleranssi voidaan pyrkiä murtamaan myös tuottamalla syöpäsoluissa immunostimulatorisia molekyylejä ja kofaktoreita. Viruksella aikaansaatu syöpäsolun kuolema on immunogeeninen tapahtuma, ja tällaisten syöpärokotteiden teho on jo osoitettu alustavasti satunnaistetuissa tutkimuksissa (Hersey ym. 2002). Koska yksi edellytys syöpäkasvaimen kehittymiselle on ravintoa ja happea kuljettavan uudisverisuonituksen muodostuminen, voidaan syöpää hoitaa myös estämällä kasvaimen verisuonituksen muodostuminen eli angiogeneesi (Vile ym. 2000). Siirrettävät geenit voivat estää mm. angiogeneesiä edistävien molekyylien (esim. endoteelikasvutekijän) toimintaa tai ilmentää angiogeneesiä estäviä molekyylejä (Kong ja Crystal 1998). Molekulaarisessa lääkehoidossa kasvaimeen siirretään ns. itsemurhageenejä. Näiden geenien toiminta perustuu niiden tuottamiin proteiineihin, jotka pystyvät muuttamaan suhteellisen haitattoman aihiolääkkeen soluille toksiseksi yhdisteeksi (Kirn ym. 2002). Näin saadaan aikaan suuret paikalliset mutta pienet systeemiset lääkeainepitoisuudet, mikä lisää hoidon tehoa ja vähentää sen haittavaikutuksia. Yksi eniten käytetyistä itsemurhageeni-aihiolääkeyhdistelmistä on tyypin 1 herpes simplex -viruksen tymidiinikinaasin ja gansikloviirin yhdistelmä (TK/GCV) (McCormick 2001). Suomalaisessa vaiheen II b satunnaistetussa tutkimuksessa leikkauksen ja TK/GCV-geeniterapian yhdistelmä lähes kaksinkertaisti glioomapotilaiden keskimääräisen elinajan pelkkään kirurgiaan verrattuna (39 versus 71 viikkoa) (Immonen ym. 2004). Koska solunsalpaajien terapeuttinen ikkuna on kapea, hoitovasteen aikaansaaminen aiheuttaa yleisesti vakavia hematologisia haittavaikutuksia. Hematopoieettisten kantasolujen lääkeaineresistenssiä voidaan parantaa siirtämällä niihin geenejä, joiden tuottamat proteiinit suojaavat kyseisiä soluja solunsalpaajien toksiselta vaikutukselta (D Hondt ym. 2001). Tavoitteena on pystyä antamaan suurempia annoksia suuremman tehon aikaansaamiseksi. 2196 T. Hakkarainen ym.
TAULUKKO 1. Esimerkkejä virusvälitteisellä geeninsiirrolla tehdyistä kliinisistä syövänhoitokokeista ja niissä käytetyistä menetelmistä. Muokattu Hakkaraisen ja Hemmingin (2005) artikkelista. Kasvain Hoitomenetelmä Käytetty virus Vaihe Gliooma Itsemurhageeniterapia Adenovirus I Immunoterapia Alfavirus I/II Mutatoituneiden geenien korvaaminen Adenovirus I Virushoito Herpes simplex -virus I Pään ja kaulan alueen syövät Mutatoituneiden geenien korvaaminen Adenovirus III Virushoito Adenovirus I III Paksusuolisyöpä Itsemurhageeniterapia Adenovirus I Virushoito Adenovirus I Keuhkosyöpä Mutatoituneiden geenien korvaaminen Adenovirus I Ihosyöpä Itsemurhageeniterapia Adenovirus I Immunoterapia Adenovirus I Immunoterapia Retrovirus I Mutatoituneiden geenien korvaaminen Adenovirus I Munasarjasyöpä Itsemurhageeniterapia Adenovirus I Immunoterapia Retrovirus I, II Mutatoituneiden geenien korvaaminen Adenovirus I/II Virushoito Adenovirus I Eturauhassyöpä Itsemurhageeniterapia Adenovirus I, I/II Virushoito Adenovirus I Taulukossa 1 on esitetty esimerkkejä syövän geeniterapiassa tehdyistä kliinisistä kokeista ja niissä käytetyistä menetelmistä. Virukset syövän geeniterapian työkaluina Yksi tärkeimmistä edellytyksistä hoitovasteen saavuttamiselle on hoitogeenien tarpeeksi tehokas pääsy syöpäsoluihin. Soluviljelymaljalla on helppo tehdä tehokas geeninsiirto lähes kaikkiin soluihin, mutta potilaan edenneessä kasvaimessa tilanne on huomattavasti haastavampi. Edennyt kasvain on iso, ja siinä on nekroottisia, hypoksisia, ylipaineisia ja happamia alueita. Lisäksi kasvaimessa on paljon muutakin kuin kasvainsoluja, joskus esimerkiksi fibroblasteja, endoteelisolukkoa ja lymfosyyttejä. Nämä tekijät voivat hankaloittaa geeninsiirtoa. Tämä ongelma havaittiin 1990-luvulla tehdyissä kliinisissä tutkimuksissa, joissa geeninsiirto tuolloin käytössä olleilla välineillä (retrovirukset, plasmidit) oli liian tehotonta (Puumalainen ym. 1998, Harsh ym. 2000). Hoitogeenien kuljettamisessa käytetään usein hyväksi muokattuja viruksia eli ns. virusvektoreita (Hukkanen ym. 2001). Koska virukset sisältävät pienen kokonsa vuoksi vain niiden toiminnan ja rakenteen kannalta tärkeimmät komponentit, ne tarvitsevat lisääntyäkseen isäntäsolun. Uusien virusten tuotantoa varten viruksen täytyy siirtää tehokkaasti oma perimänsä isäntäsoluun. Virukset ovat siis tavallaan evoluution optimoimia geeninsiirtokoneistoja, ja nykyään ne ovat tehokkaimpia käytössä olevia vektoreita. Virukset voidaan luokitella erilaisiin ryhmiin esimerkiksi niiden perimän (DNA- ja RNA-virukset) tai rakenteen (vaipalliset ja vaipattomat virukset) mukaan. Osa viruksista pystyy myös integroitumaan eli liittämään oman perimänsä osaksi kohdesolun perimää, mikä mahdollistaa myös jaottelun integraatiokyvyn mukaan (integroituvat ja integroitumattomat virukset). Kliinisissä kokeissa käytetyt virusvektorit pohjautuvat yleisimmin adeno- tai retroviruksiin, mutta jossain määrin on käytetty myös AAV- (adeno associated virus), herpes simplex-, rokko- ja alfaviruspohjaisia vektoreita (www.wiley.co.uk/genetherapy/clinical/). Ennen kuin viruksesta tulee geeninsiirtoon kelpaava vektori, sitä pitää yleensä muokata. 2197
Jotta virusvektorit olisivat turvallisia, niiden perimästä poistetaan tyypillisesti sairauksia aiheuttavat ja lisääntymisessä tarpeelliset geenit. Koska virusvektoriin mahtuvan geneettisen materiaalin määrä on rajallinen, antaa viruksen perimän osittainen poistaminen myös samalla tilaa geeniterapiassa käytettävälle hoitogeenille, joka liitetään osaksi virusvektorin perimää. Jotta siirrettävä hoitogeeni alkaisi tuottaa hoitovaikutuksen aiheuttavaa proteiinia, täytyy virusvektorin ensin kiinnittyä kohdesolun pinnalla olevaan reseptoriinsa (kuva 2). Kiinnittymisen jälkeen virusvektori tunkeutuu kohdesolujen sisälle ja siirtää oman perimänsä ja siinä olevan hoitogeenin tumaan. Hoitogeenin lisäksi proteiinituotantoon tarvitaan ennen geeniä sijaitseva säätelyalue eli promoottori ja geenin jälkeinen polyadenylaatiosignaali, jotka ohjaavat lähetti-rna:n valmistusta tumassa. Lähetti-RNA kulkeutuu takaisin sytoplasmaan, jossa syntyy itse hoitovaikutuksen aiheuttava proteiini. Mutta minkätyyppinen virusvektori olisi optimaalinen syövän geeniterapiaa ajatellen? Hyvän virusvektorin täytyisi suoriutua tehokkaasti sen tärkeimmästä tehtävästä eli hoitogeenin siirtämisestä. Vaikka kaikilla viruksilla on kyky siirtää geenejä, voi johonkin tiettyyn virustyyppiin pohjautuva vektori olla huomattavasti muita virusvektoreita tehokkaampi etenkin syöpäsoluihin kohdistuvassa geeninsiirrossa. Hyvää virusvektoria pitäisi myös pystyä muokkaamaan suhteellisen helposti mahdollisimman turvalliseksi. Jos viruksen perimä on hyvin monimutkainen tai huonosti tunnettu, on vaikeaa tietää, mitkä viruksen geeneistä ovat haitallisia ja mitkä puolestaan välttämättömiä virusvektorin toiminnalle. Koska syöpäsolun tuhoamiseksi saattaa riittää hoitoproteiinin lyhytkestoinen tuotto, pyritään usein valitsemaan integroitumattomia vektoreita, jolloin vältytään insertiomutageneesin riskiltä (Hacein-Bey-Abina ym. 2003). Hyvää virusvektoria on myös helppo tuottaa suu- 1. Kiinnittyminen 2. Virusvektorin tunkeutuminen soluun 6. Hoitavan proteiinin tuotto 3. Virusvektorin hajoaminen ja DNA:n vapautuminen 5. Lähetti-RNA: n tuotto ttoto Sytoplasma Hoitogeeni 4. DNA:n kulkeutu-uminen tumaan Tuma KUVA 2. Virusvälitteinen geeninsiirto. Esimerkkinä oleva adenovirusvektori kiinnittyy solun pinnalla olevaan reseptoriin, minkä jälkeen se endosytoituu. Solun sisällä vektori luovuttaa kuorensa, ja vapautunut DNA kulkeutuu tumaan. Tumassa hoitogeenistä syntyvä lähetti-rna siirtyy sytoplasmaan, jossa siitä muodostuu hoitoproteiinia. 2198 T. Hakkarainen ym.
riakin määriä kliinistä käyttöä varten asetettuja tuotantovaatimuksia noudattaen. Adenovirukset täyttävät monet edellä mainituista kriteereistä ja ovat siksi syövän geeniterapiassa nykyään eniten käytettyjä virusvektoreita. Muokatuista adenoviruksista apu syövän geeniterapiaan? Vaikka syövän geeniterapian tutkimuksissa on saatu paljon lupaavia prekliinisiä tuloksia, kliinisten tutkimusten nopea aloittaminen on avainasemassa. Ainoastaan kliinisissä tutkimuksissa on mahdollista havaita ne ongelmat, jotka ratkaisemalla hoidoista saadaan potilaille hyödyllisiä (Kanerva ja Hemminki 2005). Tätä nykyä suurimpana haasteena on riittävän tehokas ja pääosin syöpäsoluihin kohdentuva geeninsiirto. Ensimmäinen haaste viruksille matkalla syöpäsoluun on immuunijärjestelmä. Adenoviruksia vastaan kehittyneet vasta-aineet vähentävät suoneen annetun vektorin kykyä saavuttaa kohdekudos. Neutraloivia vasta-aineita on havaittu jopa 55 %:lla aikuisväestöstä, mikä saattaa vaikeuttaa virusvektoreiden toistuvaa käyttöä (Mountain 2000). Toisaalta geenihoidossa virusta voidaan antaa niin paljon, että immuunijärjestelmä tuskin pystyy täydellisesti estämään geeninsiirtoa. Myös sillä, kuinka virusvektori toimitetaan elimistöön (suoraan kasvaimeen tai verenkierron välityksellä), on osoitettu olevan merkitystä virusten neutraloimisen kannalta (Harvey ym. 1999). Mahdollisuuden immuunivasteen kiertämiselle tarjoavat myös eri serotyyppien (Kanerva ym. 2002) tai eläinvirusten käyttö (Hemminki ym. 2003) ja neutralisoivien vasta-aineiden poisto plasmafereesilla tai spesifisellä adenoviruspylväällä (Chen ym. 2000). Vasta-aineiden muodostuminen voidaan myös estää antamalla lyhyt immunosuppressiohoito samanaikaisesti virushoidon kanssa (Hemminki ym. 2003). Immuunijärjestelmä on kaksiteräinen miekka geeniterapiassa, sillä jos se saadaan aktivoitua syöpäsoluja kohtaan, sen avulla pystytään estämään tehokkaasti ja pitkäkestoisesti kasvaimen kasvua (Brockstedt ym. 2002). Kohdekudoksessa haasteena voi olla hoitogeenien toimittaminen syöpäsolujen sisälle. Vektorin täytyy ensin kiinnittyä solun pinnalla olevaan reseptoriin. Varsinkin edenneissä kasvaimissa adenovirusreseptoreiden määrä vaihtelee, sillä kyseessä on adheesiomolekyyli, jonka toiminnan väheneminen saattaa antaa syöpäsoluille kasvuetua (Bauerschmitz ym. 2002). Reseptoreita on myös elimistön normaalien solujen pinnalla, mikä altistaa terveen kudoksen geeninsiirrolle. Toistaiseksi haittavaikutukset ovat kuitenkin olleet kliinisissä tutkimuksissa varsin vähäisiä, erityisesti jos niitä verrataan esimerkiksi solunsalpaajahoitoihin. Useimmille potilaille ilmaantuu flunssan kaltainen oireisto muutamaksi päiväksi ja annoksen kasvaessa vaikutukset maksaan alkavat lisääntyä, sillä virukset poistaa verenkierrosta pääosin maksa. Useimmissa tutkimuksissa suurinta siedettyä annosta ei ole tavoitettu, vaikka viruksia on annettu jopa lähes yksi jokaista elimistön solua kohti (Hemminki ja Alvarez 2002). Annoksensuuren- Y D I N A S I A T Geeniterapia on uusi ja lupaava mutta toistaiseksi vasta tutkimuksellinen syövän hoitomenetelmä. Syövän geeniterapia perustuu yleensä hoitogeeniin, joka siirretään syöpäkasvaimeen ja tuottaa siinä syöpäsoluja tuhoavaa proteiinia. Geeninsiirrossa voidaan käyttää kuljettimina erilaisia muokattuja viruksia, mm. adenoviruksia. Adenoviruskuljettimet on mahdollista kohdentaa syöpäsoluihin, jolloin geenien siirto syöpäkudokseen on tehokkaampaa ja turvallisempaa. Adenoviruksia voidaan muokata onkolyyttisiksi viruksiksi, jotka tuhoavat syöpäkudosta lisääntymällä syöpäsoluissa. 2199
Virusreseptori Adenovirusvektori Vaihtoehtoinen reseptori Geneettisesti kohdennettu adonovirusvektori Vaihtoehtoinen reseptori Fysikaalisesti kohdennettu adonovirusvektori KUVA 3. Adenovirusvektoreiden kohdentaminen. Virusta voidaan muokata joko geneettisesti tai fysikaalisesti tunnistamaan ensisijaisen reseptorin sijasta syöpäsoluille ominaisia vaihtoehtoisia reseptoreita. tamiskokeisiin liittyy kuitenkin ennalta arvaamattomia riskejä, joista on esimerkkinä Raperin ym. (2003) kuvaama kuolemantapaus. Syövän adenovirusgeeniterapiaa on kuitenkin annettu jo yli 1 000 syöpäpotilaalle, eikä kyseinen hoito ole vielä johtanut kuolemantapauksiin (Kanerva ja Hemminki 2004). Adenovirusvektoreita voidaan muokata siten, että reseptoriin sitoutuvaan osaan liitetään molekyylejä, jotka tunnistavat syöpäsolun pinnalla olevan reseptorin ja samalla estävät virusta tunnistamasta luonnollista reseptoriaan (transduktionaalinen kohdennus) (kuva 3) (Bauerschmitz ym. 2002). Adenovirusvektoreita on onnistuttu kohdentamaan esimerkiksi integriineihin, epidermaalisen kasvutekijän reseptoriin ja CD40-reseptoriin (Hemminki ym. 2001a ja b, Hakkarainen ym. 2003). Viruksia on mahdollista kohdentaa syöpäsoluihin myös vaihtamalla viruksen reseptorin tunnistava osa toisen serotyypin vastaavaan osaan. Esimerkiksi serotyypin 3 adenoviruksen reseptoriin sitoutuvaa osaa on käytetty menestyksekkäästi kohdennettaessa adenovirusta munasarjasyöpäsoluihin (Kanerva ja Hemminki 2004). Geeninsiirron tehostamisen lisäksi virusvektoreiden kohdentamisen on myös osoitettu vähentävän vektoreista aiheutuvia haittavaikutuksia (Printz ym. 2000, Einfeld ym. 2001). Transduktionaalisen kohdennuksen lisäksi hoitogeenien ilmentyminen voidaan rajoittaa syöpäsoluihin (transkriptionaalinen kohdentaminen). Hoitogeenien toimintaa on mahdollista ohjata kudosspesifisten promoottoreiden avulla, jolloin kyseiset hoitogeenit toimivat vain kohdesoluissaan (Saukkonen ja Hemminki 2004). A KUVA 4. Onkolyyttinen adenovirus. A) Virus infektoi kasvainsolut ja aiheuttaa lisääntyessään kyseisten solujen tuhoutumisen ja uusien virusten vapautumisen ympäröivään kasvainkudokseen. B) Terveet solut ja kudokset säästyvät, koska virus ei pysty lisääntymään niissä. B 2200 T. Hakkarainen ym.
Syöpäsolujen tuhoaminen onkolyyttisen virushoidon avulla Syöpäkasvainten tuhoamisessa voidaan käyttää hyväksi viruksen jakaantumissykliä, jolloin erillisiä hoitogeenejä ei välttämättä tarvita. Ns. onkolyyttisten virusten toiminta perustuu niiden luonnolliseen kykyyn lisääntyä solussa. Lisääntymisen seurauksena solu tuhoutuu ja uusia viruksia (tuhansia solua kohti) vapautuu ympäröivään kudokseen. Onkolyyttiset virukset pystyvät siis monistumaan ja lisäksi leviämään tehokkaasti kasvainkudoksessa tuhoten sitä samalla (Alemany ym. 2000). Useiden erilaisten onkolyyttisten virusten mm. adeno-, herpes-, rokko- ja alfavirusten käyttökelpoisuutta syövän hoidossa on kokeiltu lupaavin tuloksin (Kirn ym. 2001a). Jotta onkolyyttisten virusten käyttö olisi mahdollisimman turvallista, kannattaa virusten lisääntyminen rajoittaa kasvainkudokseen (Kirn ym. 2002). Onkolyyttisten adenovirusten syöpäspesifisyys perustuu joko viruksen tiettyjen geenien osittaiseen poistamiseen tai kudosspesifisten promoottorien käyttöön (Alemany ym. 2000). Adenovirusten tulee lisääntyäkseen inaktivoida solun p53-proteiini, ja viruksen perimää voidaan muokata mm. siten, että virus (dl1520) ei pysty inaktivoimaan kyseistä solusykliä säätelevää proteiinia (Bischoff ym. 1996). Tällöin virus ei pysty jakautumaan normaaleissa soluissa vaan ainoastaan syöpäsoluissa, joille on ominaista p53-proteiinin (tai sen yhteistyökumppaneiden) puutos tai epänormaali toiminta. Jakautumista voidaan myös rajoittaa ohjaamalla adenoviruksen jakautumisesta huolehtivaa geeniä erilaisilla kudosspesifisillä säätelyelementeillä (Saukkonen ja Hemminki 2004). Eniten tutkittu ja ensimmäisenä kliinisissä kokeissa testattu onkolyyttinen adenovirus on dl1520 (Bischoff ym. 1996). Tähän mennessä sillä on hoidettu ainakin 500 pään ja kaulan alueen syöpää, haima- ja munasarjasyöpää sekä metastasoitunutta keuhko- ja paksusuolisyöpää sairastavaa potilasta (Kirn 2001b). Ensimmäinen satunnaistettu vaiheen III tutkimus on vastikään saatu päätökseen. Joukko edennyttä pään ja kaulan syöpää sairastavia potilaita sai joko solunsalpaajayhdistelmää 5-fluorourasiili + sisplatiini tai samaa yhdistelmää ja dl1520-virusta kasvaimensisäisinä ruiskeina. Osittaisen tai täydellisen hoitovasteen sai 40 % pelkällä solusalpaajayhdistelmällä hoidetuista ja 79 % myös virusta saaneista. Ero on merkitsevä (Xia ym. 2004). Tämä dl1520 on ensimmäinen laajasti käytetty onkolyyttinen virus. Nykyään käytössä on viruksia, jotka ovat prekliinisissä olosuhteissa huomattavasti tehokkaampia. Prekliinisissä malleissa onkolyyttisten virusten tehoa ja samalla myös turvallisuutta on pystytty parantamaan transduktionaalisella ja transkriptionaalisella kohdentamisella (Bauerschmitz ym. 2002). Hoitotehoa voidaan lisätä yhdistämällä onkolyyttiseen virukseen hoitogeenejä (esim. TK/GCV) tai käyttämällä tavanomaisia syöpälääkkeitä tai sädehoitoa yhdessä onkolyyttisen viruksen kanssa (Khuri ym. 2000, Rogulski ym. 2000). Yhdistelmähoitojen etuna on se, että virushoidot vaikuttavat eri mekanismeilla kuin säde- ja solunsalpaajahoidot. Lopuksi Syövän geeniterapia on nousemassa lupaavaksi syövän hoitomuodoksi, etenkin metastoituneiden syöpien. Syövän geeniterapiaa voidaan edelleen tehostaa muokkaamalla geeninsiirrossa käytettyjä virusvektoreita. Näin pystytään kohdentamaan geeninsiirto paremmin syöpäkudokseen, mikä puolestaan vähentää hoidon haittavaikutuksia. Yhdistämällä erilaisia geeniterapeuttisia menetelmiä ja muokattuja vektoreita voidaan saada entistä tehokkaampia ja turvallisempia työkaluja syövän hoitoon. Ensimmäisiä satunnaistettuja tutkimuksia alkaa olla käytettävissä, ja ne vahvistavat, että geeniterapia toimii myös käytännössä. Vaikka geeniterapia kehittyy vauhdikkaasti, on prekliinisten edistysaskeleiden hyödyntäminen kliinisessä tutkimuksessa usein kuitenkin vaikeaa ja hidasta. Ainoastaan kliinisten tutkimusten avulla on mahdollista saada tietoa uusien hoitojen todellisesta toimivuudesta ja siitä, miten hoitoja tulisi kehittää. Koska säännöt ja vaatimukset tiukentuvat ja kliiniset tutkimukset tulevat yhä kalliimmiksi, vaiheen I tutkimusten 2201
tekeminen vaikeutuu jatkuvasti. Yksi mahdollinen ratkaisu voisi olla paluu ennen toukokuun alkua 2004 voimassa olleisiin vaikeiden tautien varhaisvaiheen tutkimuksia koskeviin sääntöihin. Ennen EU:n kliinisiä tutkimuksia koskevaa direktiiviä ei vaiheen I tutkimuksissa edellytetty jäykästi»good clinical practice»- ja»current good manufacturing practise»-vaatimusten täyttämistä, jolloin kliinisen tutkimuksen tekeminen akateemisin voimin oli mahdollista ja jopa houkuttelevaa. Suomessa tätä mahdollisuutta hyödynnettiin tehokkaasti, ja esimerkiksi syövän maailman ensimmäiset satunnaistetut tutkimukset adenovirusgeeniterapiasta tehtiin juuri Suomessa (Sandmair ym. 2000, Immonen ym. 2004). Nykytilanteessa ainoastaan lääketeollisuudella ja joillakin biotekniikkayrityksillä on resursseja uusien lääkeaineiden kliiniseen tutkimiseen, eivätkä näiden tahojen intressit käy aina yksiin potilaiden tai veronmaksajien etujen kanssa. * * * Työtämme ovat tukeneet Suomen Kulttuurirahasto, Paulon säätiö, HUS (EVO), Suomen Akatemia, Emil Aaltosen säätiö, Sigrid Juséliuksen säätiö, Suomen Syöpäjärjestöt, Helsingin yliopisto, Päivikki ja Sakari Sohlbergin säätiö, Biocentrum Helsinki, Instrumentariumin tiedesäätiö, Farmoksen tutkimus- ja Tiedesäätiö, Suomen Onkologiyhdistys ja Suomen Geeniterapiaseura (FSGT). Kirjallisuutta Alemany R, Balague C, Curiel DT. Replicative adenoviruses for cancer therapy. Nat Biotechnol 2000;18:723 7. Bauerschmitz GJ, Barker SD, Hemminki A. Adenoviral gene therapy for cancer: from vectors to targeted and replication competent agents. Int J Oncol 2002;21:1161 74. Bischoff JR, Kirn DH, Williams A, ym. An adenovirus mutant that replicates selectively in p53-deficient human tumor cells. Science 1996;274:373 6. Blaese RM, Culver KW, Miller AD, ym. T lymphocyte-directed gene therapy for ADA- SCID: initial trial results after 4 years. Science 1995;270:475 80. Brockstedt DG, Diagana M, Zhang Y, ym. Development of anti-tumor immunity against a non-immunogenic mammary carcinoma through in vivo somatic GM-CSF, IL-2, and HSVtk combination gene therapy. Mol Ther 2002;6:627 36. Chen Y, Yu DC, Charlton D, Henderson DR. Pre-existent adenovirus antibody inhibits systemic toxicity and antitumor activity of CN706 in the nude mouse LNCaP xenograft model: implications and proposals for human therapy. Hum Gene Ther 2000;11:1553 67. D Hondt V, Symann M, Machiels JP. Chemoprotection and selection by chemotherapy of multidrug resistance-associated protein-1 (MRP1) transduced cells. Curr Gene Ther 2001;1:359 66. Einfeld DA, Schroeder R, Roelvink PW, ym. Reducing the native tropism of adenovirus vectors requires removal of both CAR and integrin interactions. J Virol 2001;75:11284 91. Hacein-Bey-Abina S, Von Kalle C, Schmidt M, ym. LMO2-associated clonal T cell proliferation in two patients after gene therapy for SCID-X1. Science 2003;302:415 9. Hakkarainen T, Hemminki A. Enhancement of cancer gene therapy with modified viral vectors and fusion genes. Gene Ther Mol Biol 2005;9:153 68. Hakkarainen T, Hemminki A, Pereboev AV, ym. CD40 is expressed on ovarian cancer cells and can be utilized for targeting adeno viruses. Clin Cancer Res 2003;9:619 24. Harsh GR, Deisboeck TS, Louis DN, ym. Thymidine kinase activation of ganciclovir in recurrent malignant gliomas: a gene-marking and neuropathological study. J Neurosurg 2000;92:804 11. Harvey BG, Hackett NR, El-Sawy T, ym. Variability of human systemic humoral immune responses to adenovirus gene transfer vectors administered to different organs. J Virol 1999;73:6729 42. Hemminki A, Alvarez RD. Adenoviruses in oncology: a viable option? BioDrugs 2002;16:77 87. Hemminki A, Belousova N, Zinn KR, ym. An adenovirus with enhanced infectivity mediates molecular chemotherapy of ovarian cancer cells and allows imaging of gene expression. Mol Ther 2001(a);4:223 31. Hemminki A, Dmitriev I, Liu B, Desmond RA, Alemany R, Curiel DT. Targeting oncolytic adenoviral agents to the epidermal growth factor pathway with a secretory fusion molecule. Cancer Res 2001(b);61:6377 81. Hemminki A, Kanerva A, Kremer EJ, ym. A canine conditionally replicating adenovirus for evaluating oncolytic virotherapy in a syngeneic animal model. Mol Ther 2003;7:163 73. Hersey P, Coates AS, McCarthy WH, ym. Adjuvant immunotherapy of patients with high-risk melanoma using vaccinia viral lysates of melanoma: results of a randomized trial. J Clin Oncol 2002; 20:4181 90. Hukkanen V, Kähäri VM, Hyypiä T. Virukset lääketieteen apuvälineinä. Duodecim 2001;117:1059 65. Immonen A, Vapalahti M, Tyynela K, ym. AdvHSV-tk gene therapy with intravenous ganciclovir improves survival in human malignant glioma: a randomised, controlled study. Mol Ther 2004;10:967 72. Kanerva A, Hemminki A. Modified adenoviruses for cancer gene therapy. Int J Cancer 2004;11:475 80. Kanerva A, Hemminki A. Adenoviruses for treatment of cancer. Ann Med 2005;37:33 43. Kanerva A, Wang M, Bauerschmitz GJ, ym. Gene transfer to ovarian cancer versus normal tissues with fiber-modified adenoviruses. Mol Ther 2002;5:695 704. Khuri FR, Nemunaitis J, Ganly I, ym. A controlled trial of intratumoral ONYX-015, a selectively-replicating adenovirus, in combination with cisplatin and 5-fluorouracil in patients with recurrent head and neck cancer. Nat Med 2000;6:879 85. Kirn D. Clinical research results with dl1520 (Onyx-015), a replication-selective adenovirus for the treatment of cancer: what have we learned? Gene Ther 2001(a);8:89 98. Kirn D, Martuza RL, Zwiebel J. Replication-selective virotherapy for cancer: biological principles, risk management and future directions. Nat Med 2001(b);7:781 7. Kirn D, Niculescu-Duvaz I, Hallden G, Springer CJ. The emerging fields of suicide gene therapy and virotherapy. Trends Mol Med 2002;8 Suppl 4:S68 73. Kong HL, Crystal RG. Gene therapy strategies for tumor antiangiogenesis. J Natl Cancer Inst 1998;90:273 86. 2202 T. Hakkarainen ym.
McCormick F. Cancer gene therapy: fringe or cutting edge? Nat Rev Cancer 2001;1:130 41. Mountain A. Gene therapy: the first decade. Trends Biotechnol 2000; 18:119 28. Pardoll DM. Spinning molecular immunology into successful immunotherapy. Nat Rev Immunol 2002;2:227 38. Pearson S, Jia H, Kandachi K. China approves first gene therapy. Nat Biotechnol 2004;22:3 4. Printz MA, Gonzalez AM, Cunningham M, ym. Fibroblast growth factor 2-retargeted adenoviral vectors exhibit a modified biolocalization pattern and display reduced toxicity relative to native adenoviral vectors. Hum Gene Ther 2000;11:191 204. Puumalainen AM, Vapalahti M, Agrawal RS, ym. Beta-galactosidase gene transfer to human malignant glioma in vivo using replication-deficient retroviruses and adenoviruses. Hum Gene Ther 1998;9:1769 74. Raper SE, Chirmule N, Lee FS, ym. Fatal systemic inflammatory response syndrome in a ornithine transcarbamylase deficient patient following adenoviral gene transfer. Mol Genet Metab 2003;80:148 58. Rogulski KR, Freytag SO, Zhang K, ym. In vivo antitumor activity of ONYX-015 is influenced by p53 status and is augmented by radiotherapy. Cancer Res 2000;60:1193 6. Sandmair AM, Loimas S, Puranen P, ym. Thymidine kinase gene therapy for human malignant glioma, using replication-deficient retroviruses or adenoviruses. Human Gene Ther 2000;11:2197 205. Saukkonen K, Hemminki A. Tissue-specific promoters for cancer gene therapy. Expert Opin Biol Ther 2004; 4: 683-696 Vile RG, Russell SJ, Lemoine NR. Cancer gene therapy: hard lessons and new courses. Gene Ther 2000;7:2 8. Xia ZJ, Chang JH, Zhang L, ym. Phase III randomized clinical trial of intratumoral injection of E1B gene-deleted adenovirus (H101) combined with cisplatin-based chemotherapy in treating squamous cell cancer of head and neck or esophagus. Ai Zheng 2004;23:1666 70. Ylä-Herttuala S, Ollikainen A, Vapalahti M. Ihmisen geeniterapia. Duodecim 1996;112:77 9. TANJA HAKKARAINEN, FT, tutkija tanja.m.hakkarainen@helsinki.fi AKSELI HEMMINKI, dosentti, tutkimusryhmän johtaja Helsingin yliopisto, syövän geeniterapia, rationaalinen lääkekehitys ja HUS, syöpätautien osaamiskeskus PL 63, 00014 Helsingin yliopisto ANNA KANERVA, LT, tutkija Helsingin yliopisto, syövän geeniterapia, rationaalinen lääkekehitys ja HUS:n naistensairaala ja syöpätautien osaamiskeskus PL 63, 00014 Helsingin yliopisto 2203