Προγραμματισμός βακτηρίων για την καταπολέμηση του καρκίνου
Η ικανότητα προγραμματισμού ζωντανών κυττάρων να συμπεριφέρονται με συγκεκριμένους τρόπους υπό ορισμένες συνθήκες δημιουργεί νέες ευκαιρίες στην ιατρική. Μια πρόσφατη μελέτη ποντικών στην οποία οι ερευνητές προγραμματίζουν βακτήρια για να βοηθήσουν στην καταπολέμηση του καρκίνου είναι ένα παράδειγμα.
Μερικοί όγκοι ευδοκιμούν και εξαπλώνονται επειδή τα κύτταρα τους στέλνουν ένα σήμα «μην με τρώτε» που κάνει το ανοσοποιητικό σύστημα να τους αφήσει μόνοι. Τα κύτταρα όγκου που δεν στέλνουν το σήμα είναι ευάλωτα σε μακροφάγα και άλλα ανοσοκύτταρα που μπορούν να τα καταπιούν και να τα χωνεύσουν.
Τώρα, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Κολούμπια στην πόλη της Νέας Υόρκης έχουν δείξει ότι είναι δυνατόν να προγραμματίσετε βακτήρια για να απενεργοποιήσετε το σήμα μην τρώτε με και να προκαλέσετε μια αντικαρκινική ανοσοαπόκριση.
Η προσέγγιση είναι ένα παράδειγμα συνθετικής βιολογίας, ένα αναδυόμενο πεδίο στο οποίο οι ιατρικές θεραπείες υπόσχονται να είναι πιο αποτελεσματικές και συγκεκριμένες από πολλές μοριακές μεθόδους.
Σε πρόσφατο Φυσική Ιατρική το έγγραφο, οι ερευνητές περιγράφουν πώς προγραμματίζουν τα βακτήρια και τα χρησιμοποίησαν για να συρρικνώσουν τους όγκους και να αυξήσουν την επιβίωση σε ένα μοντέλο λεμφώματος ποντικού.
Διαπίστωσαν ότι η θεραπεία όχι μόνο συρρικνώθηκε τους όγκους που ενέθηκαν, αλλά και ότι οι απόμακροι, δευτερογενείς όγκοι ή μεταστάσεις, ανταποκρίθηκαν επίσης.
«Το να βλέπουμε τους μη επεξεργασμένους όγκους να ανταποκρίνονται παράλληλα με τη θεραπεία των πρωτοπαθών βλαβών ήταν μια απροσδόκητη ανακάλυψη», λέει ο συν-ανώτερος συγγραφέας Tal Danino, επίκουρος καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Κολούμπια.
Παράδειγμα αποκοπικής επίδρασης
Ο Danino δηλώνει ότι αυτό που είδαν ήταν η πρώτη επίδειξη «αποκοπικής επίδρασης» στη θεραπεία του καρκίνου που χρησιμοποιεί βακτήρια.
"Αυτό σημαίνει", προσθέτει, "ότι θα είμαστε σε θέση να κατασκευάσουμε τοπικά βακτήρια για να προκαλέσουμε τοπικούς όγκους και, στη συνέχεια, να διεγείρουμε το ανοσοποιητικό σύστημα για να αναζητήσουμε όγκους και μεταστάσεις που είναι πολύ μικρές για να ανιχνευθούν με απεικόνιση ή άλλες προσεγγίσεις"
Στη θεραπεία του καρκίνου, το απόκοσμο αποτέλεσμα είναι η ικανότητα πρόκλησης αντικαρκινικής απόκρισης που καταστρέφει τα καρκινικά κύτταρα μακριά από τον πρωταρχικό στόχο.
Τα κύτταρα που στέλνουν μην μου τρώνε σήματα είναι κοινά όχι μόνο σε όγκους αλλά και σε υγιείς ιστούς. Αυτό αποτελεί πρόκληση για τους προγραμματιστές ανοσοθεραπειών που στοχεύουν το σήμα.
Ο Danino και οι συνάδελφοί του αντιμετώπισαν αυτήν την πρόκληση προγραμματίζοντας τα βακτηρίδια, έτσι ώστε να απελευθερώσουν το ωφέλιμο φορτίο τους, όταν μπορούσαν να αισθανθούν ότι βρίσκονταν μέσα στο «μικροπεριβάλλον του όγκου».
Ε. Coli με κωδικοποιημένα νανοσωλήνια
Το ίδιο το ωφέλιμο φορτίο είχε τη μορφή «κωδικοποιημένου νανοσωματίου» και το βακτήριο που χρησιμοποίησαν ήταν «μη παθογόνο» Escherichia coli ένταση."
Σε όγκους, Ε. Coli Τα βακτήρια πολλαπλασιάζονται σε νεκρωτικούς πυρήνες ή σε θύλακες κυττάρων που πεθαίνουν.
Η ομάδα προγραμματίζει τα βακτηρίδια να ανιχνεύουν απαρτία, πράγμα που σημαίνει ότι όταν έφτασαν σε ένα συγκεκριμένο μέγεθος πληθυσμού, πέθαναν και απελευθέρωσαν το ωφέλιμο φορτίο των κωδικοποιημένων νανοσωμάτων.
Αυτή η στρατηγική σταμάτησε τα βακτήρια να διεισδύσουν σε άλλους ιστούς και να σιγήσουν τα μην με τρώνε σήματα στα κύτταρα τους. Ωστόσο, άφησε επίσης αρκετά βακτηριακά κύτταρα για να ξεκινήσει ένας νέος πληθυσμός, δημιουργώντας επαναλαμβανόμενους κύκλους χορήγησης φαρμάκων στον όγκο.
Η ομάδα είχε ήδη επιδείξει μια τέτοια στρατηγική παράδοσης ναρκωτικών σε προηγούμενες εργασίες.
Στη νέα μελέτη, έδειξαν ότι μπορεί επίσης να απενεργοποιήσει επιλεκτικά μην με τρώτε σήματα στα καρκινικά κύτταρα στοχεύοντας το CD47, την πρωτεΐνη που στέλνει το σήμα.
Έναρξη των Τ κυττάρων που διεισδύουν στον όγκο
Η ομάδα προτείνει ότι η θεραπεία λειτουργεί επειδή κάνει δύο πράγματα. Πρώτον, η παρουσία ζωντανών βακτηρίων προκαλεί τοπική φλεγμονή στον όγκο. Αυτό καλεί το ανοσοποιητικό σύστημα.
Το δεύτερο πράγμα που κάνει η θεραπεία είναι να ενεργοποιήσει τα ανοσοκύτταρα, όπως τα μακροφάγα, να καταπιούν τα καρκινικά κύτταρα επειδή απενεργοποιεί το CD47 τους μην με τρώνε σήμα. Με τη σειρά του, αυτή η ανοσοαπόκριση πυροδοτεί «Τ-κύτταρα που διεισδύουν στον όγκο» τα οποία στη συνέχεια μεταναστεύουν σε απομακρυσμένες μεταστάσεις.
Οι ερευνητές προτείνουν ότι τα ευρήματα είναι «απόδειξη της έννοιας για ένα αποκοπικό αποτέλεσμα που προκαλείται από μια τροποποιημένη βακτηριακή ανοσοθεραπεία» και καταλήγουν στο συμπέρασμα:
«Έτσι, τα κατασκευασμένα βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ασφαλή και τοπική παράδοση ανοσοθεραπευτικών ωφέλιμων φορτίων που οδηγούν σε συστηματική αντι-καρκινική ανοσία».
Δοκιμάζουν ήδη την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα της μεθόδου με άλλους τύπους καρκίνου σε ποντίκια. Μετά από αυτό, ελπίζουν να προχωρήσουν σε κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους.
