Use of bovine viruses as alternative tools in multiple myeloma oncolytic virotherapy

Abstract

Il mieloma multiplo (MM) è una neoplasia ematologica attualmente incurabile. Sebbene negli ultimi anni siano stati fatti molti progressi nel trattamento, il MM è ancora una malattia incurabile e refrattaria con prognosi sfavorevole e alto tasso di recidiva. Pertanto, è molto importante trovare nuovi trattamenti. I virus oncolitici (OV) rappresentano una nuova strategia per aumentare lo spettro delle terapie contro il cancro. Diversi studi hanno riportato che, nel MM, i OV agiscono attraverso la lisi tumore-specifica e la generazione di una risposta immunitaria antitumorale. I principali virus che sono stati studiati per il MM sono virus umani, questo approccio è fortemente limitato dall'immunità umorale anti-virus preesistente che neutralizza l'effetto antitumorale dei OV. Questo progetto di ricerca mira a studiare una potenziale strategia oncolitica alternativa utilizzando virus non umani nel trattamento del MM. In particolare, abbiamo studiato due virus bovini, non patogeni per l'uomo: il Bovine Herpesvirus tipo 4 (BoHV-4) e il Bovine Viral Diarrhea Virus (BVDV). I nostri risultati indicano che BoHV-4 non ha infettato le linee cellulari di MM e nelle cellule mononucleate del midollo osseo (BM MNC) isolate da pazienti con MM BoHV-4 non ha influenzato la vitalità delle cellule CD138+ ma ha ridotto drasticamente le cellule CD14+. Indagando sull'effetto indiretto attraverso l'infezione delle cellule stromali mesenchimali, abbiamo scoperto che BoHV-4 non ha avuto un effetto oncolitico anti-MM. Invece abbiamo scoperto che BVDV mostra un effetto diretto sulle cellule di MM. Infatti, le linee cellulari umane di MM sono selettivamente sensibili al trattamento con BVDV con un aumento dei marcatori apoptotici e, di conseguenza, della morte cellulare. Inoltre, il pretrattamento con Bortezomib (Bor) ha aumentato significativamente l'effetto citotossico di BVDV sulle linee cellulari di MM con un effetto sinergico. Inoltre, le BM MNC isolate da diversi pazienti con MM trattate con BVDV hanno mostrato una significativa diminuzione selettiva della percentuale di cellule MM CD138+ vitali ma non di linfociti e monociti. Infine, i dati in vitro per il trattamento con BVDV sono stati confermati in un modello murino immunodeficiente di MM in vivo, mostrando che il trattamento ha ridotto significativamente il carico tumorale rispetto al controllo non trattato. Il nostro approccio innovativo sfrutta i virus bovini come BVDV; infatti nessun paziente con MM ha anticorpi anti-virus bovino, consentendo un'attività anti-MM oncolitica ottimale. Questo progetto di ricerca evidenzia il possibile utilizzo di OV non umani come nuova strategia anti-MM, in particolare abbiamo dimostrato che BVDV potrebbe essere un candidato come virus oncolitico per il trattamento del MM. Il nostro studio aprirà la strada a uno studio clinico di fase I/II per testare questo approccio promettente per il trattamento dei pazienti con MM.

Multiple myeloma (MM) is a hematological malignancy currently incurable. Although many progress have been made in treatment in recent years, MM is still an incurable and refractory disease with poor prognosis and high recurrence rate. Therefore, it is very important to find new treatments. Oncolytic viruses (OVs) represent a new strategy to augment the spectrum of cancer therapeutics. Several studies reported that, in MM, the OVs act through tumor-specific oncolysis and generation of an antitumor immune response. The main viruses that have been studied for MM are human viruses, this approach is highly restricted by pre-existing anti-human virus humoral immunity that neutralizes the anti-tumor effect of OVs. This research project aims to investigate a potential alternative oncolytic strategy using non-human viruses in MM treatment. In particular, we studied two bovine viruses, not pathogenic for humans: the Bovine Herpesvirus type 4 (BoHV-4) and the Bovine Viral Diarrhea Virus (BVDV). Our results indicate that BoHV-4 did not infect MM cell lines and in bone marrow mononuclear cells (BM MNCs) isolated from MM patients BoHV-4 did not affect viability of CD138+ cells but drastically reduced CD14+cells. Investigating on indirect effect through the infection of mesenchymal stromal cells, we found that BoHV-4 did not have an anti-MM oncolytic effect. Interestingly, we found that BVDV exhibits a direct effect on MM cells. In fact, human MM cell lines are selectively sensitive to BVDV treatment with an increase of apoptotic markers and, consequently, of cell death. Furthermore, Bortezomib pre-treatment significantly increased the cytotoxic effect of BVDV on MM cell lines with a synergistic effect. Moreover, BM MNCs isolated from several MM patients treated with BVDV showed a significant selective decrease of the percentage of viable CD138+ MM cells but not of lymphocytes and monocytes. Finally, the in vitro data for BVDV treatment were confirmed in an in vivo MM immunodeficient mouse model showing that the treatment significantly reduced the tumoral burden compared to the vehicle. Our innovative approach takes advantage of bovine viruses as BVDV that usually are not pathogenic for humans. Virtually, no MM patients have anti-bovine virus antibodies, allowing an optimal oncolytic anti-MM activity. This research project highlights the possible use of non-human OVs as new anti-MM strategy in particular we showed that BVDV could be a candidate as oncolytic virus for MM treatment. Our study will pave the way for a phase I/II clinical trial to test this promising approach to treat MM patients.