KinVOid – Kinetische Analyse der Virotherapie im 3D-Organoidmodell

Virotherapien erleben derzeit einen enormen Aufschwung und werden zukünftig von zentraler Bedeutung sein. Bereits jetzt werden Viren und virale Vektoren in der Zell- und Gentherapie sowie onkolytische Viren in der Krebstherapie eingesetzt, jedoch sind die vielfältigen Anwendungen der Virotherapie noch lange nicht ausgeschöpft. Allerdings sind die Daten der präklinischen Studien der Virotherapien derzeit nur bedingt aussagekräftig, da bisher vor allem 2D‑Zellsysteme zu ihrer Analyse eingesetzt werden. Diese spiegeln die komplexe In-vivo-Situation in Bezug auf Wirksamkeit, Sicherheit und Dosis jedoch nur unzureichend [1]. Bei der Virotherapie gilt zudem noch immer das »One size fits all«-Prinzip, was einer effektiven personalisierten Anwendung entgegensteht.

Aussagekräftige Tests mit Organoiden

Organoide stellen innovative präklinische 3D‑Testsysteme für die Virotherapie dar, die durch Verwendung von Patientenmaterial (patient-derived organoids) in Zukunft sogar eine personalisierte Testung erlauben. Mit KinVOid wurden erste Schritte hin zur Entwicklung eines einfachen, kostengünstigen und massentauglichen Plattformverfahrens zur Testung therapeutischer Viren gemacht. Basierend auf einer herpesviralen Infektion von neuronalen Organoiden als Modell soll die Kinetik der Virusinfektion von (Tumor-)Organoiden mithilfe einer Inline-Proteomanalyse in Kombination mit viralen Nachweisverfahren abgebildet werden.

Virusanalytik im Infektionsmodell

Im Rahmen dieses Projekts ist es in Kooperation mit dem Fraunhofer IPA gelungen, die Kultivierung von neuronalen Organoiden und ein daran angepasstes Infektionsmodell zu etablieren. Dieses beinhaltet die Bestimmung einer geeigneten Virusmenge für die Infektion sowie die Infektionsdauer. Die Organoide konnten mikroskopisch auf morphologische Veränderungen untersucht und die Viabilität mehrere Tage nach Infektion verfolgt werden. Die Untersuchung des Organoid-basierten Infektionsmodells wurde zudem um eine neuartige Virusanalytik mittels Massenspektroskopie erweitert. Dadurch konnten richtungsweisende Untersuchungen zur kinetischen Durchdringung von Organoiden mit therapeutischen Viren durchgeführt werden.

Als Ergebnis wurde ein Workflow für weiterführende Studien auf Basis des Organoidmodells für personalisierte onkolytische Virotherapien etabliert, der für weitere Bereiche der Theranostik, das heißt einer an der zielgenauen Diagnose ausgerichteten Therapie, anwendbar ist. Die automatisierte massenspektrometrische Analytik der Virusinfektion im Modell ermöglicht zudem eine patientenindividuelle Therapie, bei der die Wirkstoffmenge und die therapeutische Strategie mit nur geringem Aufwand angepasst werden kann.