Con il mondo ancora in preda alla pandemia, è difficile immaginare i virus come qualcosa di diverso dai nemici ostili da sconfiggere. Con un ampio margine, i virus sono le entità biologiche più abbondanti sulla terra, superando facilmente tutte le altre forme di vita messe insieme, sebbene abitino un mondo oscuro a metà tra la materia vivente e quella inanimata. I virus infettano ogni forma di vita cellulare inclusi animali, piante, batteri e funghi. Sebbene siano noti per causare malattie gravi, svolgono anche ruoli vitali nell’evoluzione degli ecosistemi; fenomeni che gli scienziati stanno appena iniziando ad apprezzare. I virus possono essere grossolanamente suddivisi in “specialisti”, che sono selettivi nei particolari organismi che infettano, e “generalisti”, che sono più promiscui riguardo alle specie che prendono di mira e invadono. I virus oncolitici propendono per la categoria specialistica. Pur mostrando poco o nessun pericolo per le normali cellule di mammifero, possono essere feroci assassini delle cellule maligne associate al cancro.
Il cancro rimane uno dei principali killer a livello globale e si prevede che causerà 2 milioni di casi e 620.000 decessi nel 2022 solo negli Stati Uniti. La scoperta dei virus che uccidono il cancro o dei virus oncolitici ha aperto una nuova porta a terapie antitumorali che potrebbero raggiungere l’obiettivo sfuggente di eradicare il cancro lasciando incolumi cellule e tessuti sani. I primi indizi che i virus oncolitici possono esistere in natura sono arrivati più diun secolo fa, quando i medici hanno notato che alcuni tumori sembravano regredire in pazienti che avevano anche infezioni microbiche. Ad esempio, verso la fine del 19° secolo, è stato segnalato che una leucemia regredisce sotto l’influenza di una malattia simil-influenzale accompagnata da infiammazione, che implica direttamente i virus come entità che combattono il cancro. Oggi, una varietà di virus oncolitici viene esplorata per terapia del cancro. Mentre molti di questi virus possono attaccare direttamente e terminare le cellule maligne, la loro forza primaria può risiedere nella loro capacità di allertare un sistema immunitario inattivo o disabilitato della presenza di cancro.
Quando ha successo, il virus oncolitico attiva l’immunità cellulare dei cani sentinella del paziente per fiutare il cancro e distruggerlo, come farebbero con un agente patogeno estraneo. in un recente articolo di revisione per la rivista Cancers, i dottori Masmudur Rahman e Grant McFadden, dell’Arizona State University, descrivono una classe di virus che agiscono per combattere piuttosto che causare malattie mortali. Tali virus oncolitici, come sono conosciuti, hanno una notevole capacità di colpire e distruggere le cellule cancerose, lasciando intatte le cellule sane. Ricercatori tra cui McFadden e Rahman hanno imparato a riprogettare i virus oncolitici per aumentare la loro letalità per le cellule tumorali e la loro capacità di stimolare il sistema immunitario. Due metodi principali sono utilizzati in tale manipolazione genica virale, noti come approcci knockout e knock-in. Knockout si riferisce alla rimozione dei geni virali, prima dell’introduzione del virus nei pazienti. I metodi knock-in comportano l’introduzione di nuovi geni, noti come transgeni, in virus oncolitici naturali.
Al Biodesign Institute, McFadden, Rahman e i loro colleghi lavorano con il virus del mixoma, un virus oncolitico che mostra notevoli promesse. Il mixoma è un membro di una vasta famiglia di virus noti come poxvirus. Il mixoma è quasi letale al 100% per i conigli europei, producendo una malattia aggressiva nota come mixomatosi. Quando viene introdotto in un letto di cellule cancerose, il mixoma le attacca e le uccide. Eppure il virus è completamente innocuo per le cellule umane non cancerose (o quelle di qualsiasi altra specie non di coniglio). Il mixoma è un poxvirus a DNA a doppia elica. Come la maggior parte degli altri in questo vasto gruppo di virus, ha un genoma relativamente grande, composto da oltre 160mila coppie di basi genetiche, che codificano per 171 geni virali. Uno dei motivi per cui virus come il mixoma sono candidati attraenti per la viroterapia oncolitica è che i loro grandi genomi sono suscettibili di miglioramenti mediante la modificazione genetica. Una di queste alterazioni nel mixoma comporta la rimozione di geni virali che ritardano o impediscono a una cellula infettata dal virus di auto-terminarsi.
Tale suicidio cellulare è un modo in cui un organismo infetto cerca di limitare la diffusione del virus in tutto il corpo. L’eliminazione di questi geni modulatori di morte virale in un virus oncolitico può aumentare la sua capacità di uccidere le cellule tumorali ed esporre in modo più efficace gli antigeni nel tumore, innescando una risposta antitumorale più forte da parte del sistema immunitario. Altre modifiche che coinvolgono i transgeni possono aumentare ulteriormente la capacità dei virus oncolitici di reclutare cellule del sistema immunitario per riconoscere e colpire il tumore, trasformando i tumori nascosti o “immune-freddi” in tumori “immune-caldi” vulnerabili alla distruzione. Una delle sfide per la viroterapia oncolitica nelportare i virus nella regione del cancro colpita. In alcuni casi, i virus possono essere iniettati direttamente nel sito del cancro. Ma per i tumori nascosti in organi o tessuti all’interno del corpo, i virus devono essere scortati attraverso il flusso sanguigno al sito appropriato. Ciò può essere ottenuto utilizzando cellule portatrici per trasportare il virus al tumore.
A questo scopo si stanno esplorando molti tipi di cellule portatrici. A volte il virus oncolitico è incorporato all’interno della cellula portatrice migratoria dopo che il virus ha infettato le cellule. In altri casi, i virus oncolitici sono attaccati alle superfici delle cellule portatrici. In entrambi i casi, il virus ha ora un mezzo per migrare verso il cancro, attaccandolo e stimolando il sistema immunitario. Diverse classi di cellule portatrici sono appropriate per diversi virus oncolitici e tipi di cancro da trattare. Tra le molte cellule portatrici oggetto di indagine attiva ci sono le cellule staminali mesenchimali derivate dal paziente, che possono migliorare le proprietà antitumorali dei virus oncolitici. Il loro pieno potenziale comporterà quasi certamente la loro combinazione con trattamenti antitumorali esistenti come radiazioni, chemioterapia e varie forme di immunoterapia. Uno dei nuovi trattamenti più promettenti è una forma di immunoterapia che utilizza i cosiddetti inibitori del checkpoint. Le proteine checkpoint sono prodotte dai linfociti T, che agiscono per prevenire una risposta eccessiva da parte del sistema immunitario.
Il cancro spesso sfrutta questo sistema, facendo uso di proteine del checkpoint per proteggersi dall’attacco immunitario. I farmaci inibitori del checkpoint, al contrario, possono riattivare il sistema immunitario, consentendo alle cellule T e ad altri componenti immunitari di attaccare vigorosamente il cancro. Tuttavia, questa biotecnologia funziona solo in un piccolo numero di pazienti, solo il 10-20%. Descrivendo la misteriosa disparità tra responder e non-responder, gli autori suggeriscono che i responder potrebbero aver montato una risposta immunitaria iniziale al cancro che è stata soppressa. In questi casi, rimuovere la soppressione con inibitori del checkpoint può riattivare il sistema immunitario per svolgere il suolavoro. Al contrario, i pazienti non responsivi potrebbero non aver mai sviluppato una risposta immunitaria adeguata. Si pensa che i virus oncolitici mediano l’attività antitumorale attraverso molteplici meccanismi. Tuttavia, questi meccanismi differiscono ampiamente da virus a virus, dalla natura e dal tipo di cellule cancerose e dall’interazione complessiva tra virus, ambiente tumorale e immunità dell’ospite.
La maggior parte dei virus antagonizzano le vie di morte cellulare indotte dall’ospite che vengono attivate all’infezione da virus. In alcuni casi, è noto che le proteine codificate da virus prendono di mira diversi tipi di vie di morte cellulare, sia come inibitori che come induttori. Tuttavia, una volta infettate da un OV, le cellule cancerose di solito muoiono per l’induzione di percorsi di morte cellulare e/o per il fallimento dell’integrità cellulare causato dal danno cellulare indotto dal virus. Inoltre, per l’induzione preferenziale della lisi cellulare, alcuni OV sono stati progettati per attivare in modo specifico diversi tipi di percorsi di morte delle cellule tumorali come apoptosi, necrosi o autofagia. Il termine morte cellulare immunogenica (ICD) è solitamente usato per descrivere il tipo di morte delle cellule cancerose che può esporre gli antigeni delle cellule cancerose alle cellule immunitarie residenti nel microambiente tumorale, ed è spesso misurato nelle cellule in coltura dall’esposizione extracellulare di marcatori normalmente intracellulari o della cellula rilascio di mediatori intracellulari.
I vantaggi dei virus oncolitici sono che possono innescare percorsi di morte cellulare all’interno del letto tumorale. Tra questi, si ritiene che l’ICD svolga un ruolo cruciale nel promuovere l’immunità antitumorale acquisita. Con la viroterapia oncolitica, l’ICD è particolarmente importante per lo sviluppo dell’immunità antitumorale nei siti metastatici. Studi recenti hanno dimostrato che virus oncolitici inclusi adenovirus, parvovirus, reovirus, coxsackievirus, VACV, NDV e HSV, inducono tutti vari gradi di ICD. L’induzione dell’ICD virale gioca un ruolo cruciale nella conversione di tumori che esprimono un deficit linfoide o un sensore immunitario basso (cioè tumori “freddi”) in tumori infiammati da linfociti T (cioè tumori “caldi”). Oltre all’ICD, l’autofagia può anche indurre risposte immunitarie antitumorali dovute all’infezione da virus oncolitici e alla replicazione nelle cellule tumorali. Ad esempio, l’induzione dell’autofagia ha potenziato la replicazione di adenovirus oncolitici e virus della malattia di Newcastle (NDV). Infine ci sono i virus oncolitici ingegnerizzati per esprimere anche citochine e chemochine immunostimolanti.
Quelli che esprimono citochine come GM-CSF, TNF, IFN-a/b, IL-2, IL-7, IL-12, IL-15, IL-18, IL23 e IL-24 hanno mostrato un potenziamento delle risposte immunitarie e riduzione del tumore inpiù modelli preclinici e clinici di tumori. L’espressione di queste citochine nel letto tumorale mediante virus oncolitici ha notevolmente ridotto la tossicità associata alla loro somministrazione sistemica ai pazienti. L’espressione di IL-12 utilizzando diversi virus ha mostrato una potente attività antitumorale negli studi preclinici. Attualmente, i virus HSV (M032) e VACV (ASP9801) che esprimono IL-12 sono in sperimentazione clinica. Anche l’adenovirus oncolitico (NG641) che esprime CXCL9, CXCL10 e IFNα è in sperimentazione clinica. Gli scienziati ritengono che se si contrae un’infezione nel letto tumorale, è possibile generare un nuovo tipo di risposta immunitaria sia al tumore che al virus allo stesso tempo. Sebbene solo quattro virus oncolitici siano stati finora approvati a livello globale per l’uso clinico, molti altri, compreso il mixoma, sono in fase di studi preclinici, poiché il campo avanza rapidamente.
È molto probabile che questi virus ingegnerizzati verranno utilizzati insieme alla terapia del checkpoint, alla chemioterapia classica o alla radioterapia. Infatti, OV armati con una maggiore capacità di replicazione specifica del tumore e che stimolano una potente risposta immunitaria antitumorale possono essere combinati con inibitori del checkpoint immunitario e terapie cellulari per il cancro che sviluppano resistenza alle terapie attuali, a causa di mutazioni rapide e popolazioni cellulari eterogenee.
- A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
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