It has been estimated that up to half of people living in industrial societies will get cancer. Almost all cancer deaths are caused by metastatic disease and only few metastatic solid tumors can be cured with available therapies. Therefore, novel therapeutic modalities are needed. Genetically engineered oncolytic viruses such as adenoviruses and vaccinia viruses are a promising therapeutic approach given their capacity to specifically replicate in and kill tumor cells as well as to reach distant metastasis. Oncolytic viruses have demonstrated good safety, tolerability and promising signs of anti-tumor efficacy in several clinical trials, but the efficacy of the therapy needs improvement to reach its full clinical potential. Adenoviruses are one of the most studied vectors in oncolytic virotherapy. Two major obstacles limiting the efficacy have been insufficient transduction of the tumor cells and the recognition of the virus by the immune system, which rapidly clears the virus from systemic circulation, hampering the overall efficacy. This study shows that novel capsid modifications can increase the transduction efficacy and oncolytic potency of the virus, and that embedding oncolytic virus in a silica implant might help to circumvent the problem of clearance by prompting only modest immune responses against the virus. Recently, arming oncolytic viruses with immunomodulatory molecules has been a major focus in virotherapy. Immunotherapy means inducing the patient´s immune system to recognize and attack the tumor and has been recently linked with oncolytic virotherapy, as the replication of the virus in the tumor can be immunogenic per se and also release cancer epitopes available for antigen-presenting cells. Host immune responses have been shown to be a key player in oncolytic virotherapy as the balance between anti-viral and anti-tumoral immunity determines the efficacy of the therapy. Oncolytic vaccinia virus possesses unique immunogenicity and mechanisms of action that are distinct from other treatment modalities, and its self-perpetuating nature provides an ideal platform for therapeutic transgenic insertion. Therefore we engineered novel oncolytic vaccinia viruses with granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GMCSF) or CD40-ligand and studied their ability to increase the therapeutical outcome and anti-tumor immune responses in preclinical animal models. In the final part of the thesis the life cycle of oncolytic vaccinia virus was studied in more detail as we were able to show that the life cycle was compromised in a feline squamous cell carcinoma cell line. This finding might be important for a deeper understanding of the vaccinia virus-host cell interactions.Syöpäsairaudet ovat vakava maailmanlaajuinen ongelma, johon sairastuu elämänsä aikana arviolta joka toinen mies ja joka kolmas nainen. Vaikka syövän diagnostiikka, ennaltaehkäisy ja nykyiset hoitomuodot ovat parantuneet huomattavasti, erityisesti eräpesäkkeitä muodostavissa syöpäsairauksissa on ennuste usein huono ja parantavaa hoitoa ei ole. Tämän väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli kehittää onkolyyttisiin vaccinia- ja adenoviruksiin perustuvia syöpähoitoja. Viruksia on usein muokattu siten, että ne kopioituvat ensisijaisesti syöpäsoluissa rikkoen syöpäsoluja oman elinkiertonsa päätteeksi. Väitöskirjatyössäni tutkittiin mahdollisuuksia muokata viruksen syöpäsoluun tarttuvaa reseptoria eri tavoin, ja muokkausten huomattiinkin tehostavan viruksen siirtymistä syöpäsolun sisälle huomattavasti. Tutkimme myös mahdollisuutta annostella virus osana elimistössä hajoavaa silika-implanttia, jonka huomattiinkin vapauttavan virusta verenkiertoon hitaammin ja vähentävän siten myös neutralisoivien vasta-aineiden muodostumista. Immunologisten tekijöiden on osoitettu olevat tärkeitä onkolyyttisten virusten tehokkuuden määräytymisessä. Viruksen lisääntyminen kasvaimissa voimistaa immuunivastetta lisäämällä sytokiinien tuotantoa ja vapauttamalla kasvimen antigeenejä immuunijärjestelmän tunnistettavaksi. Viruksia voidaan käyttää vektoreina kuljettaen hoidon kannalta oleellisia geenejä soluihin, joten niiden varustaminen terapeuttisilla siirtogeeneillä saattaa parantaa viruksen kasvaimelle haitallista vaikutusta, säilyttäen kuitenkin turvallisuutensa syöpäkudokseen rajoitetun lisääntymisensä myötä. Väitöskirjatyössäni tutkittiin mahdollisuutta muokata viruksia tuottamaan kahta erilaista immuunijärjestelmää aktivoivaa proteiinia; granulosyytti-makrofagikasvutekijää (GMCSF) sekä CD40-ligandia. Hoitojen toimivuutta testattiin ensin syöpäsoluissa in vitro ja hyviksi havaitut mallit testattiin eläinkokeiden avulla käyttämällä eläinmalleina hiiriä ja hamstereita. Eläinkokeiden tavoitteena oli tutkia miten hoidot toimivat elävässä elimistössä: miten eläimen immuunijärjestelmä vaikuttaa hoitojen tehoon, miten verenkiertoon annostellut hoidot kulkeutuvat elimistössä, miten hoidot tehoavat ja onko niillä sivuvaikutuksia. Sekä GMCSF sekä CD40l aseistetun onkolyyttisen virukens huomatiin herättävän immuunivasteen syöpäsoluissa ja johtavan kasvainten pienenemiseen. Väitöskirjatyön tulokset tuovat kliinisesti merkittävää tietoa teholtaan parannettujen onkolyyttisten virusten kehitystyöhön
