Programmering av bakterier for å bekjempe kreft
Evnen til å programmere levende celler til å oppføre seg på bestemte måter under visse forhold skaper nye muligheter innen medisin. En nylig musestudie der forskere programmerte bakterier for å bekjempe kreft er et eksempel.
Noen svulster trives og spres fordi cellene deres sender ut et "ikke spis meg" -signal som gjør at immunforsvaret lar dem være i fred. Svulstceller som ikke sender signalet, er sårbare for makrofager og andre immunceller som kan sluke og fordøye dem.
Nå har forskere fra Columbia University i byen New York vist at det er mulig å programmere bakterier for å slå av ikke spis meg-signalet og indusere en antitumorimmunrespons.
Tilnærmingen er et eksempel på syntetisk biologi, et voksende felt der medisinske behandlinger lover å være mer effektive og spesifikke enn mange molekylære metoder.
I en nylig Naturmedisin papir, beskriver forskerne hvordan de programmerte bakterier og brukte dem til å krympe svulster og øke overlevelse i en musemodell av lymfom.
De så at behandlingen ikke bare krympet svulstene de injiserte, men at fjerne, sekundære svulster eller metastaser også svarte.
"Å se ubehandlede svulster svare sammen med behandling av primære lesjoner var en uventet oppdagelse," sier medforfatter Tal Danino, assisterende professor i biomedisinsk ingeniørvitenskap ved Columbia University.
Eksempel på abscopal effekt
Danino uttaler at det de var vitne til, var den første demonstrasjonen av en “abscopal effect” i kreftbehandling som bruker bakterier.
"Dette betyr," legger han til, "at vi vil være i stand til å konstruere bakterier for å primere svulster lokalt, og deretter stimulere immunforsvaret til å oppsøke svulster og metastaser som er for små til å bli oppdaget med bildebehandling eller andre tilnærminger."
I kreftterapi er den abscopale effekten evnen til å provosere en antitumorrespons som ødelegger kreftceller langt borte fra det primære målet.
Celler som sender, spiser ikke meg, er vanlige ikke bare i svulster, men også i sunt vev. Dette gir en utfordring for utviklere av immunterapier som retter seg mot signalet.
Danino og kollegaer møtte denne utfordringen ved å programmere bakteriene slik at de bare frigjorde sin nyttelast for signallydding når de kunne ane at de befant seg i "svulstens mikromiljø."
E coli med kodede nanobodyer
Nyttelasten i seg selv var i form av "en kodet nanobody", og bakterien de brukte var en "ikke-patogen Escherichia coli press."
I svulster, E coli bakterier sprer seg i nekrotiske kjerner, eller lommer av døende celler.
Teamet programmerte bakteriene til å være kvorum-sensing, noe som betyr at når de nådde en viss populasjonsstørrelse, døde de og frigjorde nyttelasten med kodede nanobodyer.
Denne strategien stoppet bakteriene fra å trenge inn i andre vev og dempe ikke spis meg-signalene i cellene. Imidlertid etterlot det også nok bakterieceller til å starte en ny populasjon, og satte opp gjentatte sykluser av medikamentlevering i svulsten.
Teamet hadde allerede demonstrert en slik strategi for legemiddelleveranse i tidligere arbeid.
I den nye studien viste de at den også selektivt kan slå av ikke spis meg signaler i kreftceller ved å målrette CD47, proteinet som sender signalet.
Priming av tumorinfiltrerende T-celler
Teamet foreslår at behandlingen fungerer fordi den gjør to ting. For det første induserer tilstedeværelsen av levende bakterier lokal betennelse i svulsten. Dette innkaller immunforsvaret.
Den andre tingen som behandlingen gjør er å utløse immunceller, for eksempel makrofager, til å innta tumorcellene fordi det slår av CD47 ikke spiser meg signalet. I sin tur primerer denne immunresponsen "tumorinfiltrerende T-celler" som deretter migrerer til fjerne metastaser.
Forskerne antyder at funnene er "proof-of-concept" for en abscopal effekt indusert av en konstruert bakteriell immunterapi, "og konkluderer:
"Dermed kan konstruerte bakterier brukes til sikker og lokal levering av immunterapeutiske nyttelast som fører til systemisk antitumorimmunitet."
De tester allerede sikkerheten og effektiviteten til metoden med andre typer kreft hos mus. Etter det håper de å fortsette til kliniske studier på mennesker.
