Dana Haddad

• Replication-competent oncolytic viral therapies have shown great promise preclinically and in clinical trials for the treatment of various cancers. They are able to preferentially and selectively propagate in cancer cells, consequently destroying tumor tissue via cell lysis, while leaving noncancerous tissues unharmed. Currently, biopsy is the gold standard for monitoring of viral tumor colonization and oncolysis. This may be feasible in preclinical or early clinical trials; however, a noninvasive method facilitating ongoing monitoring of viralReplication-competent oncolytic viral therapies have shown great promise preclinically and in clinical trials for the treatment of various cancers. They are able to preferentially and selectively propagate in cancer cells, consequently destroying tumor tissue via cell lysis, while leaving noncancerous tissues unharmed. Currently, biopsy is the gold standard for monitoring of viral tumor colonization and oncolysis. This may be feasible in preclinical or early clinical trials; however, a noninvasive method facilitating ongoing monitoring of viral therapy is needed for human studies. The tracking of viral delivery could give clinicians the ability to assess the biodistribution of oncolytic viruses to ensure safety and correlation with treatment efficacy. This work centers on the construction and testing of a VACV strain, GLV-1h153, carrying the human sodium iodide symporter (hNIS) as a marker gene for non-invasive tracking of virus by imaging. Thus, this project aimed to help develop imaging techniques for use in clinical trials of oncolytic viral therapy. Further, the feasibility and effectiveness of virally induced targeted radiotherapy as an anti-cancer strategy was also investigated. hNIS is an intrinsic plasma membrane protein which mediates the active transport and concentration of iodide in the thyroid gland and some extra-thyroidal tissues. It is also one of several human genes currently being used as reporters in preclinical studies and has already been used in clinical studies for imaging viral replication in prostate cancer. hNIS gene transfer via viral vector may allow infected tumor cells to concentrate several carrier-free radionuclide probes such as Iodide-124 (124I), Iodide-131 (131I), and 99m-Technecium Pertechtenate (99mTcO4), which have long been approved for human use. hNIS also has the advantage of being of human origin thus minimizing immunogenicity, and its transporter based system allows intracellular signal amplification. GLV-1h153 was tested in pancreatic adenocarcinoma cell line PANC-1. GLV-1h153 infected, replicated within, and killed PANC-1 cells in cell culture as efficiently as GLV-1h68 and provided dose-dependent levels of hNIS transgene expression in infected cells. Immunofluorescence detected successful transport of the protein to the cell membrane prior to cell lysis, which enhanced dose and time-dependent intracellular uptake of 131I. In vivo, GLV-1h153 was as safe and effective as GLV-1h68 in regressing pancreatic cancer xenografts. Tumor infection by virus was confirmed via optical imaging and histology. GLV-1h153 further facilitated deep tissue imaging of virus replication in tumors via Iodide-124I positron emission tomography (PET) as well as 99mTcO4-mediated gamma scintigraphy. This was possible with both intratumoral and intravenous injection of the virus with radiouptake retained as long as 24 and 48 hours after radiotracer injection. PET image quantitation of radiouptake in tumors was found to correlate well with tissue radiouptake counts. Autoradiography of GLV-1h153-infected tumors revealed a need for presence of virus (visualized with green fluorescent protein expression), viable tissue, and adequate blood flow to enhance radiouptake in tumors. Dosimetric analysis of uptake in infected tumors displayed potential for therapeutic doses of radiotherapy to be delivered systemically to tumors. When GLV-1h153 was combined with 131I for treatment, a modest additive effect was seen as compared to GLV-1h153 alone. Therefore, GLV-1h153 is a promising new candidate for treating pancreatic cancer and noninvasively imaging viral therapy. These findings warrant further investigation into possible long term monitoring of viral therapy, as well as synergistic or additive effects of radioiodine combined with this novel treatment and imaging modality.…
• Therapien mittels replikations-kompetenter onkolytischer Viren zeigten bereits vielversprechende Erfolge in klinischen Studien zur Bekämpfung verschiedener Krebserkrankungen. Die Viren sind in der Lage, sich präferentiell und selektiv in Krebszellen zu vermehren, wodurch das Tumorgewebe durch Zelllyse zerstört, das gesunde Gewebe jedoch nicht geschädigt wird. Biopsien sind zurzeit der Gold-Standard zur Überwachung onkolytischer Virus Therapien. In der präklinischen und frühen klinischen Phasen ist dies auch durchführbar, doch für weitereTherapien mittels replikations-kompetenter onkolytischer Viren zeigten bereits vielversprechende Erfolge in klinischen Studien zur Bekämpfung verschiedener Krebserkrankungen. Die Viren sind in der Lage, sich präferentiell und selektiv in Krebszellen zu vermehren, wodurch das Tumorgewebe durch Zelllyse zerstört, das gesunde Gewebe jedoch nicht geschädigt wird. Biopsien sind zurzeit der Gold-Standard zur Überwachung onkolytischer Virus Therapien. In der präklinischen und frühen klinischen Phasen ist dies auch durchführbar, doch für weitere Studien am Menschen werden Methoden benötigt, die eine nicht-invasive Überwachung der Therapie ermöglichen. Das Nachverfolgen der Viren könnte Klinikern die Möglichkeit geben, die Verteilung der Viren im Körper nachzuverfolgen, die Effizienz und therapeutische Effekte zu korrelieren bzw. die mögliche virale Toxizität zu überwachen. Im Fokus dieser Arbeit stand die Konstruktion und das Austesten des VACV Stamms GLV-1h153, welches das Gen für den humanen Natrium-Iodid-Symporter (hNIS) kodiert, das als Reportergen für nicht-invasive bildgebende Nachverfolgung der Viren diente. Demzufolge diente das hier vorgestellte Projekt der Entwicklung von Bildgebungsverfahren, die in der onkolytischen Virustherapie eingesetzt werden können. Weiterhin sollte als weitere Strategie zur Krebsbekämpfung die Möglichkeit untersucht werden, mit Unterstützung der Viren eine gezielte Radiotherapie durchzuführen. Bei hNIS handelt es sich um ein intrinsisches Membranprotein welches den aktiven Transport und die Anreicherung von Iodid in Schilddrüsenzellen und einigen anderen Geweben vermittelt. Zudem wird das Gen, neben einigen anderen humanen Genen, bereits in präklinischen Studien als Reportergen verwendet und wurde in klinischen Studien bereits zur Darstellung von Viren in Prostata-Krebspatienten benutzt. Der Transfer des hNIS-kodierenden Gens mittels viraler Vektoren könnte es ermöglichen, dass infizierte Tumorzellen Träger-freie Radionuklidproben wie z.B. Iodid-124 (124I), Iodid-131 (131I), und 99m-Technecium Pertechtenate (99mTcO4), anreichern, welche schon lange für die Verwendung am Menschen zugelassen sind. Weitere Vorteile bei der Verwendung von hNIS als Reportergen humanen Ursprungs sind zum einen seine minimale Immunogenität und zum anderen die intrazelluläre Signalamplifikation durch die Transportfunktion des Systems. Der Stamm GLV1h153 wurde in der Pankreas-Adenokarzinom Zelllinie PANC-1 getestet. GLV-1h153 konnte diese Zellen infizieren, sich in ihnen replizieren und sie in Zellkultur schließlich ebenso effizient abtöten wie GLV-1h68. Zudem wurde eine Dosis-abhängige Expression von hNIS in infizierten Zellen nachgewiesen. Immunfluoreszenzanalysen bestätigten den erfolgreichen Transport des Proteins an die Zellmembran bevor die Zelllyse stattfand, was die Zeit- und Dosis-abhängigen Aufnahme von 131I verstärkte. In vivo war GLV-1h153, ebenso wie GLV-1h68, sicher und führte zu einer effektiven Regression der Pankreasxenograft Tumoren. Die Infektion des Tumors wurde weiterhin durch optische Bildgebung und histologische Untersuchungen bestätigt. GLV-1h153 ermöglichte weiterhin die Bildgebung von Viren in Tumoren mittels 124I-abhängiger Positronen-Emissions-Tomographie (PET) sowie 99m-Technecium Pertechnat-abhängiger (99mTcO4) Gamma Szintigraphie. Die Darstellung konnte sowohl mit intratumoral, wie auch mit intravenös applizierten Viren erfolgen, war quantitativ, und die Radiotracer konnten bis zu 24 bzw. sogar 48 h nach deren Injektion nachgewiesen werden. Die quantitative Analyse der Radionuklidaufnahme aus PET-Bildgebungsdaten korrelierte mit den Daten der Bioverteilungsdaten aus isolierten Gewebn. Autoradiographische Untersuchungen von GLV-1h153 infizierten Tumoren zeigten, dass das Vorhandensein von Viren (visualisiert durch die viral vermittelte GFP Expression), lebendes Gewebe und ausreichender Blutfluss benötigt werden, um die Aufnahme des Radiotracers in den Tumor zu erhöhen. Dosimetrische Analysen infizierter Tumoren zeigten das Potential für eine systemisch applizierte Radiotherapie des Tumors auf. So führte eine Kombination aus GLV-1h153 mit 131I-Behandlung zu geringfügig besseren therapeutischen Erfolgen, als eine alleinige Therapie mit GLV-1h153. Zusammengefasst, ist GLV-1h153 demnach ein vielversprechender Kandidat zur Behandlung von Bauchspeicheldrüsenkrebs und zur nichtinvasiven Bildgebung der viralen Therapie. Die Ergebnisse untermauern die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen und Entwicklungen in der Langzeitverfolgung viraler Therapien sowie synergistischer Effekte einer Radioiod-Kombinationstherapie mit dieser neuen therapeutischen und bildgebenden Substanzklasse.…