Current perspectives of virotherapy as a cancer treatment strategy

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Analysis of scientific literature presented in the main databases (PubMed, CyberLeninka, Google Scholar, Scopus) evidence that after cardiovascular diseases malignant tumors hold the second place among the most common causes of mortality in both developed and developing countries, with therapy of oncological diseases requiring to seek out for new approaches, since many types of malignant tumors are resistant to traditional treatment methods. The review was aimed at assessing a potential of virotherapy application for treatment of oncologic diseases in modern conditions. The review evaluates one of treatment methods for oncologic diseases based on using oncolytic viruses, including 9 families (Herpesviridae, Adenoviridae, Picornaviridae, Parvoviridae, Reoviridae, Poxviridae, Paramyxoviridae, Togaviridae, Rhabdoviridae) — a virotherapy, and briefly outlines its development, including Russia. The described mechanisms of action for oncolytic viruses are divided into two groups: i) recognition by oncolytic viruses of specific receptors on tumor cells, their infection and destruction via autophagy, necrosis, apoptosis, pyroptosis or blast pathway; ii) activation of antitumor immunity. Molecular basement of oncolytic virus action is discussed including types of virotherapy application, opportunity to combine oncolytic virus therapy with other means of oncologic diseases treatment. Some drugs based on such approaches are described, particularly talimogene laherparepvec (TVEC) that was approved in 2015 by the U.S. Food and Drug Administration (FDA). Clinical trials with oncolytic virus-based drugs and their results are presented. It is concluded that virotherapy is a promising direction in treatment of oncologic diseases, which has a number of advantages over traditional methods of treatment, but at the same time has a number of disadvantages and requires further investigation.

About the authors

Lyubov D. Vlasova

Samara State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: ldv555555@gmail.com

Student of Institute of Preventive Medicine

Russian Federation, Samara

References

  1. Васильева Н.С., Агеенко А.Б., Рихтер В.А., Кулигина Е.В. Сигнальные пути, определяющие эффективность терапии глиобластомы вирусом осповакцины // Acta Naturae. 2022. Т. 14, № 2. С. 62–69. [Vasilieva N.S., Ageenko A.B., Richter V.A., Kuligina E.V. Signal pathes defining the effectiveness of therapy of glioblastoma virus ospovaccine. Acta Naturae, 2022, vol. 14, no. 2, pp. 62–69. (In Russ.)] doi: 10.32607/actanaturae.11623
  2. Ворошилова М.К. Вирусологические и иммунологические аспекты применения ЖЭВ при онкологических заболеваниях. В кн.: Полезные для организма непатогенные штаммы энтеровирусов: профилактическое и лечебное их применение // М.: Изд-во Минздрава СССР, 1988. С. 24–29. [Voroshilova M.K. Virologic and immunologic aspects of application of LEV in oncologic diseases. In Book: Non-pathogenic strains of enteroviruses useful for restriction: Prophylactic and therapeutic application. Moscow: Publishing House of the Ministry of Health of the USSR, 1988, pp. 24–29. (In Russ.)]
  3. Габдрахманова А.Ф. Вирусный онколиз // Таврический научный обозреватель. 2017. Т. 18, № 1. С. 151–153. [Gabdrakhmanova A.F. Viral oncolysis. Tavricheskii nauchnyi obozrevatel’ = Taurian Scientific Observer, 2017, vol. 18, no. 1, pp. 151–153. (In Russ.)]
  4. Зверева В.В., Бойченко М.Н. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. Т. 1. 448 с. [Zvereva V.V., Boychenko M.N. Medical microbiology, virology and immunology. Moscow: GEOTAR-Media, 2014, vol. 1. 448 p. (In Russ.)]
  5. Каирбаев М.Р., Болатбекова Р.О. Вирус папилломы человека и рак шейки матки // Вестник КазНМУ. 2016. № 4. C. 105–109. [Kairbaev M.R., Bolatbekova R.O. Human papilloma virus and cervical cancer. Bulletin of KazNMU = Newsletter of KazNMU, 2016, no. 4, pp. 105–109. (In Russ.)]
  6. Кириенко В.Т., Зайцев И.А., Потий В.В., Нестерук Е.С. Парвовирусная инфекция в19v: обзор литературы. Часть 1 // Актуальная инфектология. 2019. Т. 7, № 5. С. 243–251. [Kirienko V.T., Zaitsev I.A., Potiy V.V., Nesteruk E.S. Parvovirus infection in19v: a review of the literature. Part 1. Aktual’naâ Infektologiâ = Actual Infectology, 2019, vol. 7, no. 5, pp. 243–251. (In Russ.)] doi: 10.22141/2312-413x.7.5.2019.183703
  7. Кит О.И., Игнатов С.Н., Златник Е.Ю., Солдаткина Н.В., Росторгуев Э.Е., Сагакянц А.Б., Бондаренко Е.С., Ситковская А.О. Онколитическая виротерапия в лечении глиобластомы: достижения и проблемы клинических исследований // Сибирский онкологический журнал. 2020. Т. 19, № 6. С. 133–140. [Kit O.I., Ignatov S.N., Zlatnik E.Y., Soldatkina N.V., Rostorguyevich E.E., Sagakyants A.B., Bondarenko E.S., Sitkovskaya A.O. Oncolytic virotherapy in the treatment of glyublastoma: accomplishments and problems of clinical research. Sibirskii onkologicheskii zhurnal = Siberian Oncological Journal, 2020, vol. 19, no. 6, pp. 133–140. (In Russ.)] doi: 10.21294/1814-4861-2020-19-6-133-140
  8. Клаан Н.К., Акиньшина Л.П., Пронина Т.А. Онколитические вирусы в терапии злокачественных новообразований // Российский биотерапевтический журнал. 2018. Т. 17, № 4. С. 6–19. [Klaan N.K., Akinshina L.P., Pronina T.A. Oncolytic viruses in the therapy of malignant neoplasms. Rossiiskii bioterapevticheskii zhurnal = Russian Biotherapeutic Journal, 2018, vol. 17, no. 4, pp. 6–19. (In Russ.)] doi: 10.17650/1726-9784-2018-17-4-6-19
  9. Корман Д.Б. Эволюция лекарственной терапии меланомы // Вопросы онкологии. 2017. Т. 63, № 3. С. 358–367. [Korman D.B. Evolution of medical therapy of melanoma. Voprosy oncologii = Problems in Oncology, 2017, vol. 63, no. 3, pp. 358–367. (In Russ.)]
  10. Лапшина М.А., Пархоменко И.И., Терентьев А.А. Локализация белка p53 во фракциях хроматина и препаратах ядерного матрикса клеток различных типов // Вестник ННГУ. 2011. Т. 1, № 3. С. 138–144. [Lapshina M.A., Parkhomenko I.I., Terentyev A.A. Localization of p53 protein in chromatin fractions and nuclear matrix preparations of different cell types. Vestnik NNGU = Bulletin of NNGU, 2011, vol. 1, no. 3, pp. 138–144. (In Russ.)]
  11. Лыжко Н.А. Молекулярно-генетические механизмы инициации, промоции и прогрессии опухолей // Российский биотерапевтический журнал. 2017. Т. 14, № 4. С. 7–17. [Lyzhko N.A. Molecular and genetic mechanisms of tumor initiation, promotion and progression. Rossiiskii bioterapevticheskii zhurnal = Russian Biotherapeutic Journal, 2017, vol. 14, no. 4, pp. 7–17. (In Russ.)] doi: 10.17650/1726-9784-2017-16-4-7-17
  12. Масычева В.И., Белкина А.О., Даниленко Е.Д., Сысоева Г.М. Некоторые аспекты клинических испытаний препаратов фактора некроза опухоли // Российский биотерапевтический журнал. 2010. Т. 9, № 4. С. 39–44. [Masycheva V.I., Belkina A.O., Danilenko E.D., Sysoeva G.M. Some aspects of clinical trials of tumor necrosis factor preparations. Rossiiskii bioterapevticheskii zhurnal = Russian Biotherapeutic Journal, 2010, vol. 9, no. 4, pp. 39–44. (In Russ.)]
  13. Непомнящих Т.С., Антонец Д.В., Максютов Р.А. Краткий обзор клинических испытаний средств иммунотерапии онкологических заболеваний // Медицинская иммунология. 2017. Т. 19, № 2. С. 127–144. [Nepomnyashchikh T.S., Antonets D.V., Maksyutov R.A. A brief review of clinical trials of immunotherapy agents for cancer. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia) 2017, vol. 19, no. 2, pp. 127–144. (In Russ.)] doi: 10.15789/1563-0625-2017-2-127-144
  14. Оппедизано М.Д.Л., Нартова А.А. Онколитические вирусы: новый подход к иммунотерапии злокачественных новообразований // Forcipe. 2021. Т. 4, № S1. [Oppedizano M.D.L., Nartova A.A. Oncolytic viruses: a new approach to immunotherapy of malignant neoplasms. Forcipe. 2021, vol. 4, no. S1. (In Russ.)] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/onkoliticheskie-virusy-novyy-podhod-k-immunoterapii-zlokachestvennyh-novoobrazovaniy
  15. Слепцова С.С., Рахманова А.Г., Шаройко В.В. Роль вирусных гепатитов в развитии первичного рака печени в Якутии // Инфекционные болезни: новости, мнения, обучение. 2015. Т. 12, № 3. С. 76–82. [Sleptsova S.S., Rakhmanova A.H., Sharoiko V.V. Role of viral hepatitis in the development of primary liver cancer in Yakutia. Infektsionnye bolezni: novosti, mneniya, obuchenie = Infectious Diseases: News, Opinions, Training, 2015, vol. 12, no. 3, pp. 76–82. (In Russ.)]
  16. Соколова М.Г. Исследование активности антиапоптотического белка Bcl-2 у детей, больных детским церебральным параличом // Universum: медицина и фармакология. 2015. Т. 16, № 3. [Sokolova M.G. Study of the activity of anti-apoptotic protein Bcl-2 in children with cerebral palsy. Universum: meditsina i farmakologiya = Universum: Medicine and Pharmacology, 2015, vol. 16, no. 3. (In Russ.)] URL: https://7universum.com/ru/med/archive/item/1996
  17. Уразова Л.Н., Кузнецова Т.И. Онколитические вирусы в онкологии // Сибирский онкологический журнал. 2003. № 4. C. 28–35. [Urazova L.N., Kuznetsova T.I. Oncolytic viruses in oncology. Sibirskii onkologicheskii zhurnal = Siberian Oncological Journal, 2003, no. 4, pp. 28–35. (In Russ.)] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/onkoliticheskie-virusy-v-onkologii
  18. Юрченко К.С., Губанова Н.В., Шестопалова Л.В., Щелканов М.Ю., Шестопалов А.М. Онколитические свойства вируса болезни Ньюкасла // Тихоокеанский медицинский журнал. 2015. Т. 61, № 3. С. 14–18. [Yurchenko K.S., Gubanova N.V., Shestopalova L.V., Shchelkanov M.Y., Shestopalov A.M. Oncolytic properties of Newcastle disease virus. Tihookeanskiy medicinskiy zhurnal = Pacific Medical Journal, 2015, vol. 61, no. 3, pp. 14–18. (In Russ.)
  19. Al-Shammari A.M., Piccaluga P.P. Editorial: Oncolytic virotherapy. Front. Mol. Biosci., 2023, no. 10: 1287885. doi: 10.3389/fmolb.2023.1287885
  20. Andtbacka R.H., Agarwala S.S., Ollila D.W., Hallmeyer S., Milhem M., Amatruda T., Nemunaitis J.J., Harrington K.J., Chen L., Shilkrut M., Ross M., Kaufman H.L. Cutaneous head and neck melanoma in OPTiM, a randomized phase 3 trial of talimogene laherparepvec versus granulocyte-macrophage colony-stimulating factor for the treatment of unresected stage IIIB/IIIC/IV melanoma. Head Neck, 2016, vol. 38, no. 12, pp. 1752–1758. doi: 10.1002/hed.24522
  21. Charkaoui M., Hajage D., Tubach F., Beaugerie L., Kirchgesner J. Impact of anti-tumour necrosis factor agents on the risk of colorectal cancer in patients with ulcerative colitis: nationwide french cohort study. J. Crohns Colitis, 2022, vol. 16, no. 6, pp. 893–899. doi: 10.1093/ecco-jcc/jjab184
  22. De Pace N. On the disappearance of a cancovegetative enome of the cervix without surgical treatment. Gynecology, 1912, vol. 9, pp. 82–89.
  23. Dock G. The influence of complicating diseases upon leukemia. Am. J. Int. J. Med. Sci., 1904, no. 127, pp. 563–592.
  24. Dolgin E. Oncolytic viruses get a boost with first FDA-approval recommendation. Nat. Rev. Drug Discov., 2015, vol. 14, no. 6, pp. 369–371. doi: 10.1038/nrd4643.
  25. Georgi F., Greber U.F. The Adenovirus Death Protein — a small membrane protein controls cell lysis and disease. FEBS Lett., 2020, vol. 594, no. 12, pp. 1861–1878. doi: 10.1002/1873-3468.13848
  26. Goradel N.H., Baker A.T., Arashkia A., Ebrahimi N., Ghorghanlu S., Negahdari B. Oncolytic virotherapy: challenges and solutions. Curr. Probl. Cancer, 2021, vol. 45, no. 1: 100639. doi: 10.1016/j.currproblcancer.2020.100639
  27. Haddad D. Genetically engineered vaccinia viruses as agents for cancer treatment, imaging, and transgene delivery. Front. Oncol., 2017, no. 7: 96. doi: 10.3389/fonc.2017.00096
  28. Hoeller C., Michielin O., Ascierto P.A., Szabo Z., Blank C.U. Systematic review of the use of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor in patients with advanced melanoma. Cancer Immunol. Immunother., 2016, vol. 65, no. 9, pp. 1015–1034. doi: 10.1007/s00262-016-1860-3
  29. Kim J., Li Y., Kim S.W., Lee D.S., Yun C.O. Therapeutic efficacy of a systemically delivered oncolytic adenovirus–biodegradable polymer complex. Biomaterials, 2013, vol. 34, no. 19, pp. 4622–4631. doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.03.004
  30. Kirn D.H., Thorne S.H. Targeted and armed oncolytic poxviruses: a novel multi-mechanistic therapeutic class for cancer. Nat. Rev. Cancer, 2009, vol. 9, no. 1, pp. 64–71. doi: 10.1038/nrc2545
  31. Lang F.F., Conrad C., Gomez-Manzano C., Yung W.K.A., Sawaya R., Weinberg J.S., Prabhu S.S., Rao G., Fuller G.N., Aldape K.D., Gumin J., Vence L.M., Wistuba I., Rodriguez-Canales J., Villalobos P.A., Dirven C.M.F., Tejada S., Valle R.D., Alonso M.M., Ewald B., Peterkin J.J., Tufaro F., Fueyo J. Phase I Study of DNX-2401 (Delta-24-RGD) oncolytic adenovirus: replication and immunotherapeutic effects in recurrent malignant glioma. J. Clin. Oncol., 2018, vol. 36, no. 14, pp. 1419–1427. doi: 10.1200/JCO.2017.75.8219
  32. Li L., Liu S., Han D., Tang B., Ma J. Delivery and biosafety of oncolytic virotherapy. Front. Oncol., 2020, no. 10: 475. doi: 10.3389/fonc.2020.00475
  33. Li Z., Feiyue Z., Gaofeng L., Haifeng L. Lung cancer and oncolytic virotherapy — enemy’s enemy. Transl. Oncol., 2023, no. 27: 101563. doi: 10.1016/j.tranon.2022.101563
  34. Livshits Z., Rao R.B., Smith S.W. An approach to chemotherapy-associated toxicity. Emerg. Med. Clin. North Am., 2014, vol. 32, no. 1, pp. 167–203. doi: 10.1016/j.emc.2013.09.002
  35. Marchica V., Costa F., Donofrio G., Giuliani N. Oncolytic virotherapy and microenvironment in multiple myeloma. Int. J. Mol. Sci., 2021, vol. 22, no. 5: 2259. doi: 10.3390/ijms22052259
  36. Mullen J.T., Tanabe K.K. Viral oncolysis. Oncologist, 2002, vol. 7, no. 2, pp. 106–119. doi: 10.1634/theoncologist.7-2-106
  37. Russell S.J., Peng K.W., Bell J.C. Oncolytic virotherapy. Nat. Biotechnol., 2012, vol. 30, no. 7, pp. 658–670. doi: 10.1038/nbt.2287
  38. Schmidt C. Amgen spikes interest in live virus vaccines for hard-to-treat cancers. Nat. Biotechnol., 2011, vol. 29, no. 4, pp. 295–296. doi: 10.1038/nbt0411-295
  39. Tedcastle A., Cawood R., Di Y., Fisher K.D., Seymour L.W. Virotherapy — cancer targeted pharmacology. Drug Discov. Today, 2012, vol. 7, no. 5–6, pp. 215–220. doi: 10.1016/j.drudis.2011.12.011
  40. Vorobyeva I.V., Zhirnov O.P. Modern approaches to treatment of cancer with oncolytic viruses. MIR Journal, 2022, vol. 9, no. 1, pp. 91–112. doi: 10.18527/2500-2236-2022-9-1-91-112
  41. Wilkinson M.J., Smith H.G., Pencavel T.D., Mansfield D.C., Kyula-Currie J., Khan A.A., McEntee G., Roulstone V., Hayes A.J., Harrington K.J. Isolated limb perfusion with biochemotherapy and oncolytic virotherapy combines with radiotherapy and surgery to overcome treatment resistance in an animal model of extremity soft tissue sarcoma. Int. J. Cancer, 2016, vol. 139, no. 6, pp. 1414–1422. doi: 10.1002/ijc.30162
  42. Zhirnov O.P. Biochemical variations in cytolytic activity of ortho- and paramyxoviruses in human lung tumor cell culture. Biochemistry (Mosc)., 2017, vol. 82, no. 9, pp. 1048–1054. doi: 10.1134/S0006297917090085
  43. Zraik I.M., Heß-Busch Y. Management von Nebenwirkungen der Chemotherapie und deren Langzeitfolgen [Management of chemotherapy side effects and their long-term sequelae]. Urologe A, 2021, vol. 60, no. 7, pp. 862–871. (In German). doi: 10.1007/s00120-021-01569-7

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Vlasova L.D.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».