Американские исследователи из Колумбийского университета разработали терапевтические бактерии, которые могут доставлять лекарства в раковые опухоли и уничтожать их. Чтобы не возбуждать иммунный ответ на эти бактерии, ученые покрыли их специальным защитным слоем. В перспективе новый метод позволит эффективнее бороться с раком. Статья об исследовании опубликована в журнале Nature Biotechnology.
Использование бактерий — это новый альтернативный подход к терапии множества видов рака. Однако у этого метода есть множество нюансов. Одним из них является токсичность. В отличие от большинства традиционных лекарств, бактерии — живые существа, которые могут размножаться в полостях тела. Иммунная система распознает их как посторонние и потенциально опасные объекты. Из-за этого начинается воспалительная реакция. Поэтому если доза терапевтических бактерий слишком высока, то на организм подействует высокая токсическая нагрузка из-за сильного воспаления. Если же доза бактерий слишком мала, то они не будут эффективны. Во многих клинических испытаниях главной проблемой была именно токсичность, так как от нее зависит дозировка и эффективность лечения. Некоторые испытания и вовсе приходилось приостанавливать из-за чрезмерной токсичности.
Для своих экспериментов ученые использовали штамм кишечной палочки E. coli Nissle 1917. Чтобы скрыть бактерию от иммунной системы, исследователи обратились к так называемым капсулярным полисахаридам (CAP) — углеводным полимерам, которые покрывают поверхность бактерии. В природе именно благодаря им микроорганизмы способны временно укрываться от иммунной системы. С помощью генной инженерии ученые разработали новую систему CAP у своей кишечной палочки. Ее назвали iCAP (индуцируемые CAP). Эта система является динамической, то есть ее можно «включать» и «выключать». Так, бактерии, лишенные iCAP, удаляются из организма. iCAP реагирует на вводимую извне молекулу IPTG — аналог дисахарида аллолактозы. Регулируя количество введенного IPTG, ученые могут контролировать время, в течение которого бактерии находятся в кровотоке.
Механизм работы iCAP был продемонстрирован на мышах. Эксперимент показал, что iCAP позволяет увеличить максимальную дозу бактерий в 10 раз. В опыте кишечная палочка успешно проникла в опухоль, избежав чрезмерного внимания иммунной системы. Ученые не вводили IPTG извне, поэтому со временем бактерии лишились своей полисахаридной оболочки. Из-за этого эти микроорганизмы были устранены из всех других частей тела, кроме опухоли, что помогло снизить токсичность.
С помощью генной инженерии ученые добились того, чтобы кишечная палочка синтезировала противоопухолевый токсин. В опыте на мышах бактерии с системой iCAP смогли уменьшить рост опухолей колоректального рака и рака молочной железы в большей степени, чем бактерии без этой системы. Ученые также продемонстрировали, что могут контролировать миграцию бактерий в теле. Это значит, что бактерии могут переходить в другие опухоли, но в здоровые части организма не выбираются. В эксперименте кишечные палочки с iCAP были введены в одну опухоль, затем мышей поили водой, содержащей IPTG. Из-за этого активировалась система iCAP. Впоследствии кишечная палочка смогла мигрировать в другие опухоли.
У данной исследовательской группы много планов на будущее. Так, для одной только кишечной палочки известно более чем 80 разных типов CAP, а для других видов — и того больше. При этом CAP — не единственные молекулы, которые находятся на поверхности бактерий. Другие подобные молекулы тоже можно использовать в терапии. Ученые также обратили внимание на то, что в данном случае система iCAP контролируется вводимой извне молекулой IPTG. Но в будущем на поверхность бактерий можно будет даже устанавливать автономные биосенсоры. В настоящее время исследователи рассматривают возможность проведения клинических испытаний на людях и других животных, кроме мышей. Их ограничивает только то, что люди в 250 раз чувствительнее к бактериальным эндотоксинам, чем мыши, поэтому результаты могут отличаться.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
