Programowanie bakterii do walki z rakiem
Możliwość zaprogramowania żywych komórek, aby zachowywały się w określony sposób w określonych warunkach, stwarza nowe możliwości w medycynie. Przykładem jest niedawne badanie na myszach, w którym naukowcy zaprogramowali bakterie do walki z rakiem.
Niektóre guzy rozwijają się i rozprzestrzeniają, ponieważ ich komórki wysyłają sygnał „nie jedz mnie”, który sprawia, że układ odpornościowy zostawia je w spokoju. Komórki nowotworowe, które nie wysyłają sygnału, są podatne na działanie makrofagów i innych komórek odpornościowych, które mogą je pochłonąć i strawić.
Teraz naukowcy z Columbia University w Nowym Jorku wykazali, że możliwe jest zaprogramowanie bakterii tak, aby wyłączały sygnał „Don't eat me” i wywoływały przeciwnowotworową odpowiedź immunologiczną.
Podejście to jest przykładem biologii syntetycznej, wyłaniającej się dziedziny, w której terapie medyczne mają być skuteczniejsze i bardziej specyficzne niż wiele metod molekularnych.
W niedawnym Nature Medicine W artykule naukowcy opisują, w jaki sposób zaprogramowali bakterie i wykorzystali je do zmniejszenia guzów i zwiększenia przeżywalności w mysim modelu chłoniaka.
Widzieli, że leczenie nie tylko zmniejszyło guzy, które wstrzyknęli, ale także zareagowały odległe, wtórne guzy lub przerzuty.
„Widzenie odpowiedzi nieleczonych guzów wraz z leczeniem zmian pierwotnych było nieoczekiwanym odkryciem” - mówi współautor publikacji Tal Danino, adiunkt inżynierii biomedycznej na Columbia University.
Przykład efektu abscopal
Danino twierdzi, że to, czego byli świadkami, było pierwszą demonstracją „efektu abskopalnego” w leczeniu raka wykorzystującym bakterie.
„Oznacza to”, dodaje, „że będziemy w stanie zaprojektować bakterie do lokalnego zapoczątkowania guzów, a następnie pobudzić układ odpornościowy do wyszukiwania guzów i przerzutów, które są zbyt małe, aby można je było wykryć za pomocą obrazowania lub innych metod”.
W terapii przeciwnowotworowej efektem abskopalnym jest zdolność do wywołania odpowiedzi przeciwnowotworowej, która niszczy komórki rakowe z dala od głównego celu.
Komórki wysyłające sygnały „nie jedz mnie” są powszechne nie tylko w guzach, ale także w zdrowej tkance. Stanowi to wyzwanie dla twórców immunoterapii ukierunkowanych na sygnał.
Danino i jego współpracownicy sprostali temu wyzwaniu, programując bakterie tak, aby uwalniały swój ładunek wyciszający sygnał tylko wtedy, gdy mogli wyczuć, że znajdują się w „mikrośrodowisku guza”.
E coli z zakodowanymi nanociałami
Sam ładunek miał postać „zakodowanego nanociała”, a bakteria, której użyli, była „niepatogenną Escherichia coli odcedzić."
W guzach E coli bakterie namnażają się w nekrotycznych rdzeniach lub kieszonkach umierających komórek.
Zespół zaprogramował bakterie tak, aby wykrywały kworum, co oznacza, że kiedy osiągnęły określoną wielkość populacji, umarły i uwolniły swój ładunek zakodowanych nanociał.
Ta strategia powstrzymała bakterie przed przenikaniem do innych tkanek i wyciszaniem sygnałów „nie jedz mnie” w ich komórkach. Jednak pozostawiło również wystarczającą liczbę komórek bakteryjnych, aby rozpocząć nową populację, ustanawiając powtarzające się cykle dostarczania leku do guza.
Zespół zademonstrował już taką strategię dostarczania leków we wcześniejszych pracach.
W nowym badaniu wykazali, że może również selektywnie wyłączać sygnały „nie zjadaj mnie” w komórkach rakowych, kierując się na CD47, białko wysyłające sygnał.
Pobudzanie limfocytów T naciekających guz
Zespół sugeruje, że terapia działa, ponieważ ma dwie rzeczy. Po pierwsze, obecność żywych bakterii wywołuje miejscowy stan zapalny w guzie. To przywołuje układ odpornościowy.
Drugą rzeczą, którą powoduje leczenie, jest pobudzenie komórek odpornościowych, takich jak makrofagi, do połknięcia komórek nowotworowych, ponieważ wyłącza ich sygnał CD47 nie zjadaj mnie. Z kolei ta odpowiedź immunologiczna zapoczątkowuje „naciekające nowotwór limfocyty T”, które następnie migrują do odległych przerzutów.
Naukowcy sugerują, że odkrycia są „dowodem słuszności koncepcji efektu abscopalnego wywołanego przez zmodyfikowaną immunoterapię bakteryjną” i podsumowują:
„W ten sposób zmodyfikowane bakterie mogą być wykorzystywane do bezpiecznego i lokalnego dostarczania ładunków immunoterapeutycznych prowadzących do układowej odporności przeciwnowotworowej”.
Już teraz testują bezpieczeństwo i skuteczność metody w przypadku innych typów raka u myszy. Następnie mają nadzieję przejść do badań klinicznych na ludziach.
