Selección positiva de células modificadas con genes suicidas como estrategia terapéutica contra el cáncer

Abstract

El adenocarcinoma de páncreas y el cáncer de colon son una de las causas de muerte, relacionadas con el cáncer, más comunes en los países desarrollados. Los tratamientos convencionales para este tipo de tumores son poco efectivos y es necesario el desarrollo de nuevas terapias. Entre las terapias experimentales destaca la terapia con genes suicidas, que consiste en la eliminación selectiva de las células tumorales que han sido modificadas con un gen suicida. La eficacia de dicha terapia depende de la transducción de una proporción elevada de células tumorales y de un potente efecto colateral in vivo. A pesar de las mejoras enfocadas a incrementar la llegada de los genes suicidas a las células tumorales con vectores más eficientes, los resultados obtenidos en los ensayos clínicos han sido muy reducidos.<br/><br/>Con tal de aumentar el porcentaje de las células modificadas con genes suicidas en el tumor, proponemos utilizar los genes de resistencia a drogas en combinación con una droga de selección. En presencia de dicha droga, la población de células modificadas reemplazaría las células tumorales sensibles. Después de esta selección positiva, la terapia suicida induciría la muerte de las células modificadas. El efecto colateral permitiría eliminar todo el tumor aunque este reemplazamiento celular no fuese completo.<br/><br/>La primera prueba de concepto se realizó en el modelo colorrectal HCT116 modificado con el marcador de selección dihidrofolato reductasa (DHFR) y el gen suicida timidina quinasa (TK). El gen DHFR otorga resistencia a metotrexato (MTX) y la TK confiere sensibilidad a la prodroga ganciclovir (GCV). En presencia del compuesto MTX, estas células se enriquecieron de un 0.1% a más de un 90% en cocultivos con HCT116 sin modificar. Después de esta selección positiva, la selección negativa con GCV eliminó las células modificadas. El tratamiento con MTX in vivo aumentó la proporción inicial de células modificadas. Este enriquecimiento mejoró la eficacia de la terapia suicida per se en tumores con un 1% o un 4% inicial de células modificadas.<br/><br/>En una segunda aproximación, modificamos la línea de adenocarcinoma pancreático NP18 con el gen de resistencia a multidrogas MDR1 y con el gen suicida TK. Las células modificadas mostraron resistencia a docetaxel y sensibilidad a GCV, tanto in vitro como in vivo. La aplicación de la droga de selección en ratones aumentó la proporción de células modificadas de un 4% inicial a un 22%. La estrategia de selección positiva-negativa permitió inhibir completamente el crecimiento tumoral en un modelo murino a partir de tumores con un 10% inicial de células modificadas. <br/><br/>Estas dos aproximaciones demuestran que la selección positiva-negativa de células modificadas con un marcador de selección y con el gen suicida TK representa una estrategia efectiva para aumentar la proporción de células que expresan el gen TK en el tumor y mejorar la eficacia de la terapia suicida.<br/><br/>Por otro lado, las células madre mesenquimales (MSC) han mostrado su capacidad de dirigir genes suicidas de forma sistémica hacia el tumor. En este apartado, nos planteamos si estas células podían seleccionarse positiva y negativamente en presencia de células tumorales. En primer lugar, se determino el enriquecimiento de las MSC de ratón (mMSC) en cocultivos con NP18, mediante tratamiento con docetaxel. A pesar de observarse una cierta selección positiva de las mMSC en cultivo, este enriquecimiento no sucedió en tumores mixtos tratados con la droga de selección. La generación de MSC de hígado fetal de conejo (rFL-MSC) modificadas con el gen MDR1 y el gen suicida FCU mejoró la selección positiva in vitro y permitió eliminar estas células en presencia de la prodroga 5-FC. Aún así, estas células no se enriquecieron en tumores mixtos tratados con docetaxel.

<I>Thymidine kinase (TK)-mediated suicide gene therapy has been considered for the treatment of cancer. However, despite a bystander effect, the proportion of transduced tumor cells has proven too low to result in efficacy. We propose the use of a drug-selectable marker (DHFR or MDR1) to enrich TK-expressing cells using chemotherapy. This enrichment or positive selection phase may increase the efficacy of suicide gene therapy. <br/><br/>The prove of concept was performed in colon cancer cells modified with a fusion gene of dihydrofolate reductase (DHFR) and thymidine kinase (TK). DHFR confers resistance to methotrexate (MTX) and TK confers sensitivity to ganciclovir (GCV). Under MTX treatment, tumor cells transfected with the DHFR-TK fusion gene efficiently replaced the parental cells (from 0.1 to 90% in 35 days). After this positive selection period, negative selection with GCV eliminated the transfected cells. In vivo, positive selection was also achieved and resulted in a statistically significant therapeutic effect.<br/><br/>In other approximation we generated stable NP18MDR/TK-GFP transfectants and showed docetaxel resistance in vivo. Mixed tumors of MDR/TK-expressing cells and parental NP18 cells were established and docetaxel was used to increase the proportion of TK-expressing cells. Upon positive selection, the proportion of TK-expressing cells increased from 4% to 22%. Subsequent suicide gene therapy with GCV was more effective compared with a control group without positive selection. Starting with 10% of TK-expressing cells the positive-negative selection strategy completely inhibited tumor growth. <br/><br/>Finally we tried to induce positive selection with Mesenchymal Stem Cells (MSC). We determined that mMSC could be enriched in cocultures with NP18 after docetaxel treatment. However, positive selection was not observed in vivo. The modification of rabbit fetal liver MSC (rFL-MSC) with the gene MDR1 and FCU improved positive selection in vivo and allowed negative selection in presence of the prodrog 5-FC. However, positive selection was not observed in mixed tumors. <br/><br/>Taken together, these results suggest that a positive-negative selection strategy based on drug resistance genes represents an efficient way to increase the proportion of suicide expressing cells in the tumor and the efficacy of suicide gene therapy. </I>