腫瘍溶解性ウイルス
弱毒化の手法には腫瘍組織中で増殖するが正常組織中で増殖しないようにウイルス遺伝子・遺伝子領域を削除するという方法がある。これによりウイルスの安全性と腫瘍選択性が高められる。癌細胞とウイルス感染細胞は細胞内のシグナル伝達経路に同じような変化が起こっており、特に細胞周期の進行に関する経路で顕著である。シグナル伝達経路の変化に関するウイルス遺伝子は経路が不活性な細胞では意味を持たないが、経路が活性化されている細胞では重要である。
細胞中のチミジンキナーゼならびにリボヌクレオシド二リン酸レダクターゼはDNA複製において重要な役割を持ち、細胞分裂をしている細胞中でのみ活性化されている。これらの酵素はいくつかのウイルス(HSV、牛痘ウイルスなど)の遺伝子にも存在し、G0期(静止期、細胞分裂していない)の細胞でのウイルス複製を可能にしている。これらの酵素が変異などで不活性化されると、ウイルスは癌細胞などの増殖中の細胞でのみ自己複製できることになる。
アデノウイルスの腫瘍選択性を高める方法には、大きく分けて形質導入法と非形質導入法の2つがある。
形質導入法には、ウイルスの外殻蛋白質を改変して腫瘍との親和性を高め、同時に非腫瘍細胞への侵入を減少させる方法がある。この方法では腫瘍選択性は主にアデノウイルスとHSV-1で用いられるが他のウイルスでも使用可能である。
非形質導入法には、ウイルスのゲノムを編集してがん細胞内でのみ複製できるようにする方法があり、主にウイルスの弱毒化を目的として行われる。遺伝子の転写をターゲットとすることもあり、この場合はウイルス複製を腫瘍特異的プロモーターの制御下に置く。適切なプロモーターは腫瘍内で活性で正常組織内(特に血中に流出したウイルスに最も曝される肝臓)で不活性なものである。このようなプロモーターはいくつも発見され、癌治療への応用が研究された。同様にウイルスの複製過程はmicroRNA標的改変部位あるいはmiRNA応答因子(MRE)で調節される。健康な組織と腫瘍との間のmiRNAの発現の差は、標的とする組織でウイルスが複製せず腫瘍内で複製するという機能の実装を可能にしている。
形質導入法と非形質導入法の双方を使用すると、片方のみを使用した場合より効果的にウイルスをデザインできる。
腫瘍溶解性ウイルスの奏効に対する大きな障害は、ウイルスを不活性化しようとする患者の自然免疫系である。静脈注射されたウイルスは血中の補体および中和抗体との相互作用に耐える必要があり、問題になることがある。
化学療法で免疫を抑制したり補体を阻害したりすることで腫瘍溶解性ウイルスの作用を増強することができる。
既存の免疫はヒト病原体として一般的でないウイルスを用いることで、ある程度は回避できるが、その後の抗体産生を抑止することはできない。しかし、一部の研究では腫瘍溶解性ウイルスへの既存の免疫がその有効性を大幅に減少させるものではないことを示している。
それとは別に、ウイルスベクターをポリエチレングリコールなどのポリマーで包み、抗体から保護するという方法もあるが、ウイルスを包んでしまうと目的とする細胞に侵入できなくもなる。
その他のアプローチとして、注射後のウイルスをマクロファージの中に隠す方法が考えられる。マクロファージは組織が破壊されている場所―特に癌の中心などの低酸素状態の部位―に自動的に移動するので、腫瘍溶解性ウイルスを腫瘍に到達させることができる。これは、前立腺癌を用いた動物実験で実証されている。