Article

Cure of mammary carcinomas in Her-2 transgenic mice through sequential stimulation of innate (neoadjuvant interleukin-12) and adaptive (DNA vaccine electroporation) immunity

Wayne State University, Detroit, Michigan, United States
Clinical Cancer Research (Impact Factor: 8.19). 04/2005; 11(5):1941-52. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-04-1873
Source: PubMed

ABSTRACT Whereas neoadjuvant therapy is emerging as a treatment option in early primary breast cancer, no data are available on the use of antiangiogenic and immunomodulatory agents in a neoadjuvant setting. In a model of Her-2 spontaneous mammary cancer, we investigated the efficacy of neoadjuvant interleukin 12 (IL-12) followed by "immune-surgery" of the residual tumor.
Female BALB/c mice transgenic for the rat Her-2 oncogene inexorably develop invasive carcinomas in all their mammary glands by the 23rd week of age. Mice with multifocal in situ carcinomas received four weekly i.p. injections of 100 ng IL-12 followed by a 3-week rest. This course was given four times. A few mice additionally received DNA plasmids encoding portions of the Her-2 receptor electroporated through transcutaneous electric pulses.
The protection elicited by IL-12 in combination with two DNA vaccine electroporations kept 63% of mice tumor-free. Complete protection of all 1-year-old mice was achieved when IL-12-treated mice received four vaccine electroporations. Pathologic findings, in vitro tests, and the results from immunization of both IFN-gamma and immunoglobulin gene knockout transgenic mice and of adoptive transfer experiments all show that IL-12 augments the B- and T-cell response elicited by vaccination and slightly decreases the number of regulatory T cells. In addition, IL-12 strongly inhibits tumor angiogenesis.
In Her-2 transgenic mice, IL-12 impairs tumor progression and triggers innate immunity so markedly that DNA vaccination becomes effective at late points in time when it is ineffective on its own.

1 Follower
 · 
179 Views
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: New local treatments based on electromagnetic fields have been developed as non-surgical and minimally invasive treatments of tumors. In particular, short electric pulses can induce important non-thermal changes in cell physiology, especially the permeabilization of the cell membrane. The aim of this review is to summarize the present data on the electroporation-based techniques: electrochemotherapy (ECT), nanosecond pulsed electric fields (nsPEFs), and irreversible electroporation (IRE). ECT is a safe, easy, and efficient technique for the treatment of solid tumors that uses cell-permeabilizing electrical pulses to enhance the activity of a non-permeant (bleomycin) or low permeant (cisplatin) anticancer drug with a very high intrinsic cytotoxicity. The most interesting feature of ECT is its unique ability to selectively kill tumor cells without harming normal surrounding tissue. ECT is already used widely in the clinics in Europe. nsPEFs could represent a drug free, purely electrical cancer therapy. They allow the inhibition of tumor growth, and interestingly, nsPEF can target intracellular organelles. However, many questions remain on the mechanism of action of these pulses. Finally, IRE is a new ablation procedure using pulses that provoke the permanent permeabilization of the cells resulting in their death. This technique does not result in any thermal effect, which is its main advantage in current physical ablation technologies. For both the nsPEF and the IRE, the preservation of the normal tissue, which is characteristic of ECT, has not yet been shown and their safety and efficacy still have to be investigated thoroughly in vivo and in the clinics. Bioelectromagnetics. © 2011 Wiley-Liss, Inc.
    Bioelectromagnetics 02/2012; 33(2). DOI:10.1002/bem.20692 · 1.86 Impact Factor
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: Nederlandse samenvatting Eierstokkanker (ovariumcarcinoom) heeft het hoogste sterftecijfer van alle gynaecologische kankers. Traditionele therapieën zoals operatieve verwijdering van de tumor, al dan niet in combinatie met chemotherapie, hebben helaas niet tot een verbetering van de levensverwachting voor deze ziekte geleid. Nieuwe benaderingen voor de therapie van eierstokkanker zijn dus zeer noodzakelijk. Eierstokkanker is het gevolg van een opeenstapeling van veranderingen in het genetische materiaal in de cel. Dit, tezamen met het feit dat de ziekte meestal beperkt blijft tot de buikholte, maakt het gebruik van gentherapie een aantrekkelijk alternatief. Dit proefschrift beschrijft derhalve nieuwe gentherapie benaderingen voor de behandeling van eierstokkanker. In Hoofdstuk 1 wordt een overzicht gegeven van deze benaderingen, en ook worden de verschillende vectoren die worden gebruikt in gentherapie beschreven. Tenslotte worden verschillende mechanismen behandeld die er voor zorgen dat de gentherapie alleen actief is in eierstokkanker cellen, en niet elders in het lichaam. In Hoofdstuk 2 wordt het doel van het beschreven onderzoek uiteengezet. In Hoofdstuk 3 wordt vervolgens de ontwikkeling beschreven van een nieuw soort gentherapie voor eierstokkanker, waarbij het ontstaan van nieuwe bloedvaten in de tumor wordt tegengegaan. Deze nieuwe bloedvaten zijn cruciaal voor het groeien en uitzaaien van een eierstoktumor. Het molecuul ‘vascular endothelial growth factor’ (VEGF) speelt een grote rol in dit proces, en een verhoogde productie van dit molecuul gaat derhalve samen met versnelde tumorgroei, uitzaaiingen en een kortere levensverwachting. Een methode om VEGF uit te schakelen is het tot expressie brengen van een bepaalde receptor voor dit molecuul: deze receptor (genaamd ‘sflt-1’) vangt het teveel aan VEGF weg, zodat het zijn functie niet meer kan uitoefenen. In de experimenten beschreven in dit hoofdstuk wordt een vector gebruikt gebaseerd op het adenovirus om de sflt-1 receptor tot expressie te brengen. Dit virus is zodanig veranderd dat het efficiënt genen kan afleveren in tumor cellen. Dit is gedaan door extra aminozuren (een zogenaamde RGD sequentie) in te bouwen in de buitenkant van het virus (het capside). Het afleveren van het sflt-1 gen door middel van dit virus was in celkweek experimenten in staat celgroei te remmen van endotheelcellen, de cellen die de bloedvatwand bekleden. Vervolgens werd dit virus in diermodellen getest, en het bleek ook in muizen de tumorgroei van menselijke eierstokkanker cellen te kunnen remmen. In dit model werd het virus met het sflt-1 gen aan muizen toegediend in de buikholte, waar ook de tumorgroei plaatsvindt, en dit is dus een voorbeeld van een lokale behandeling. Aangezien ook uitzaaiingen van eierstokkanker behandeld moeten worden, wordt in Hoofdstuk 4 getest of intraveneuze toediening van het adenovirus met het sflt-1 gen deze uitzaaiingen kan verhinderen. Dit blijkt inderdaad het geval te zijn, maar dit gaat gepaard met toxiciteit in de lever. Dit is het gevolg van de ophoping van het virus en expressie van het sflt-1 gen in de lever na intraveneuze toediening, zodat daar lokaal de balans tussen bloedvatafbraak en –herstel wordt verstoord. Dit hoofdstuk geeft dus duidelijk aan dat therapeutische genen alleen op de plek van werking moeten worden afgeleverd, omdat anders schade aan normaal weefsel wordt toegebracht. Een van de manieren om genen alleen in de tumor tot expressie te brengen is ‘transcriptional targeting’ – hierbij wordt gebruikt gemaakt van tumor specifieke genregulatie mechanismen die niet actief zijn elders in het lichaam, zodat toxiciteit in normaal weefsel wordt vermeden. Deze genregulatie mechanismen worden ‘promoters’ genoemd, en in Hoofdstuk 5 worden verschillende van deze promoters geanalyseerd voor hun selectiviteit voor eierstokkanker. De ‘midkine’ promoter en twee verschillende ‘cyclooxygenase-2’ (cox-2) promoters werden getest voor hun selectiviteit in zowel celkweek experimenten alsook in experimenten met proefdieren, en het bleek dat de cox-2M promoter het meest selectief was, met hoge expressie in eierstokkanker en lage expressie in de lever. Een proefdierexperiment waarin de expressie van een toxisch gen werd gecontroleerd door deze cox-2M promoter liet zien dat toxiciteit in de lever inderdaad op deze manier kon worden vermeden. Een alternatief voor transcriptional targeting is het gebruik van een gen dat niet toxisch is voor normale weefsels, maar wel in staat is tumorgroei te remmen. In Hoofdstuk 6 wordt een voorbeeld van een dergelijk gen geanalyseerd, te weten ‘melanoma-differentiation associated gene-7’ (mda-7). Mda-7 heeft de eigenschap celdood te kunnen induceren in tumorcellen maar niet in normale cellen in het lichaam. Celkweek experimenten met een adenovirus dat mda-7 in de cel aflevert lieten zien dat dit gen inderdaad specifiek celdood kan induceren in eierstokkanker cellen, en niet in normale cellen. Helaas is het adenovirus niet erg efficiënt in het infecteren van tumor cellen, zodat het gen niet z’n optimale werking kan uitoefenen. Om dit probleem op te lossen werd het adenovirus specifiek gestuurd naar de eierstokkanker cellen om het infectie proces efficiënter te laten verlopen, een proces dat ‘transductional targeting’ wordt genoemd. Het bleek dat deze ‘gestuurde’ virussen inderdaad de effectiviteit van mda-7 verbeterden, al moeten proefdierexperimenten daarover meer uitsluitsel geven. In Hoofdstuk 7 wordt daarom de productie van meerdere virussen beschreven die het mda-7 gen in tumor cellen kunnen afleveren. Om de virussen naar de tumor te sturen werden verschillende extra aminozuren in de buitenkant van het virus ingebouwd. Ten eerste werd een virus met de eerder genoemde ‘RGD sequentie’ gebruikt, ten tweede een virus met extra lysine aminozuren, en ten derde een virus met beide aanpassingen: zowel RGD als extra lysines op het oppervlak. Zowel in celkweek experimenten als in proefdieren was het dubbel veranderde virus het meest effectief in het afleveren van het mda-7 gen, en het remde de tumorgroei en verlengde daarmee de levensverwachting van de muizen. Samenvattend worden in dit proefschrift voorbeelden gegeven van nieuwe therapeutische strategieën voor eierstokkanker met behulp van gentherapie. Het blijkt dat remming van de aanmaak van nieuwe bloedvaten tumorgroei kan remmen, maar dat deze therapie lokaal moet worden toegepast om toxiciteit elders in het lichaam te vermijden. Verder is aangetoond dat zowel ‘transcriptional’ als ‘transductional targeting’ de selectiviteit en effectiviteit van gentherapie kan verbeteren. Tenslotte zijn de voordelen aangetoond van het gebruik van het mda-7 gen dat alleen toxisch is voor tumorcellen, en niet voor normale weefsels. Gentherapie met tumor-gestuurde virussen die mda-7 tot expressie brengen lijkt dus veelbelovend voor de behandeling van eierstokkanker, maar verder onderzoek nodig is voordat het in patiënten kan worden toegepast.
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: Melanoma differentiation associated gene-7 [mda-7/Interleukin (IL)-24] has been identified as a novel anti-cancer agent, which specifically induces apoptosis in cancer cells but not in normal epithelial, endothelial and fibroblast cells. The objective of this study was to evaluate the anti-tumor effect of adenovirus-mediated mda-7/IL-24 (Ad.mda-7) gene therapy in ovarian carcinoma and further improve anti-tumor effect by enhancing infectivity of Ad.mda-7. A panel of human ovarian carcinoma cells, OV-4, HEY, SKOV3, SKOV3.ip1 and control normal human mesothelial cells, were infected by a replication deficient recombinant adenovirus encoding mda-7/IL-24 and control virus Ad.CMV.Luc. After 72 h, apoptosis was evaluated by TUNEL and Hoechst staining and further quantified by fluorescent activated cell sorter (FACS) analysis. Infectivity of Ad.mda-7 was enhanced by retargeting it to CD40 or EGF receptors overexpressed on ovarian cancer cells. Subsequently, enhancement in apoptosis of CD40- or epidermal growth factor receptor (EGFR)-retargeted Ad.mda-7 was evaluated. Adenoviral-mediated delivery of mda-7 induces apoptosis ranging from 10-23% in human ovarian cancer cells tested with the highest percentage of apoptosis noted in SKOV3 cells. Minimal apoptosis was noted in normal mesothelial cells. CD40- or EGFR-retargeted Ad.mda-7 increased apoptosis by 10-32% when compared to that achieved with untargeted Ad.mda-7. Ad.mda-7 exhibits ovarian cancer-specific apoptosis, but does not affect normal human mesothelial cells. Infectivity enhanced CD40- and EGFR-retargeted Ad.mda-7 augments apoptosis induction, thus increasing the therapeutic index and translational potential of Ad.mda-7 gene therapy.
    Gynecologic Oncology 09/2004; 94(2):352-62. DOI:10.1016/j.ygyno.2004.04.028 · 3.69 Impact Factor