Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Бактерии, которые борются с опухолями
Терапия рака продолжает оставаться постоянно развивающейся областью исследований. На сегодняшний день химиотерапия остается одним из самых популярных методов лечения. Хотя химиотерапия эффективна против многих видов рака, она часто вызывает неблагоприятные побочные эффекты. Это связано с тем, что химиотерапия убивает не только раковые, но и здоровые клетки. Во время лечения клетки волосяных фолликул и слизистой оболочки желудка обычно повреждаются, вызывая общие побочные эффекты в виде облысения и тошноты.
В недавнем отчете в Nature Communications исследователи из лаборатории Михаила Шапиро Калифорнийского технологического института предложили способ решения этой проблемы используя силу бактерий, борющихся с опухолями. Эти бактерии действуют как транспортные средства, которые доставляют противораковые препараты прямо к опухолям. Важно отметить, что этими транспортными средствами можно управлять дистанционно, чтобы точно указывать “когда” и “где” бактерии выгрузят “груз” (Изображение 1). Эта стратегия может обеспечить эффективное лечение рака с минимальным воздействием на окружающие здоровые клетки.
Транспортное средство
Чтобы приступить к разработке транспортного средства, исследователи обратились к штамму бактерии кишечной палочки Nissle 1917. Эта бактерия не только является ценным пробиотиком для людей, но и при ее введении в кровоток, она способна находить опухоли и заселять их. Следовательно, E. coli Nissle 1917 являлся идеальным транспортным средством, обеспечивая односторонний путь непосредственно к опухолям без каких-либо остановок на пути.
“Груз”
Чтобы наделить бактерии способностью бороться с раком, ученые использовали генную инженерию, чтобы внедрить противораковый “груз”, называемый ингибиторами иммунных контрольных точек. Эти препараты представляют собой класс противоопухолевых препаратов, которые работают посредством блокировки белков на раковых клетках и предотвращения контакта с их близлежащими клетками. Такая блокада включает в себя Т-клеточный иммунный ответ, позволяющий Т-клеткам убивать раковые клетки (Изображение 2). Ингибиторы иммунных контрольных точек использовались в качестве самостоятельных средств для лечения рака, но они вызывали ненаправленные на окружающие ткани эффекты при введении их пациентам. Используя бактерии в качестве носителя, исследователи стремились добиться прямого транспорта этих препаратов в раковую ткань, тем самым снижая риск любого неточного попадания на окружающие клетки.
Дистанционное управление
Когда транспортное средство с препаратом было готово, последним этапом стала разработка дистанционной системы, которая могла бы точно контролировать “когда” и “где” лекарство будет высвобождаться в организме. Это давало бы точную гарантию, что лекарство действует только на раковые клетки, а не на здоровые клетки поблизости. Исследователи установили датчик температуры на “транспортное средство” (бактерию). Этот датчик температуры гарантировал, что лекарство высвободится только тогда, когда клетка бактерии достигнет температуры +43℃. Поскольку человеческий организм функционирует при температуре +37℃, препарат остается неактивным до тех пор, пока не проникнет в опухоль, где он будет активирован «импульсом», кратковременно повышающий температуру. Источником импульса выступал ультразвук. Ультразвук — это хорошо известная технология, используемая для проверки роста плода, выявления проблем с сердцем или осмотра других внутренних органов. Когда ультразвуковая энергия сфокусирована, ее можно использовать для отправки высокоинтенсивного сигнала в определенные места внутри человеческого тела, что известно как фокусированный ультразвук. В данном случае, исследователи использовали этот подход для отправки прямых импульсов в микроокружение опухоли. Эти импульсы энергии были настроены так, чтобы нагревать ткани в непосредственной близости до крайне точных температур. Как только достигается температура +43℃, бактерии высвобождают загруженное противораковое оружие, чтобы начать борьбу с раковыми клетками непосредственно внутри опухоли.
Тестирование дистанционно управляемых аппаратов на реальных опухолях
Исследовательской группе было необходимо проверить, насколько хорошо разработанная ими система борется с раком у мышей. Сначала они вводили сконструированные бактерии мышам, что заняло около 2 дней. Затем, ученые воздействовали на опухоли с помощью фокусированного ультразвука, чтобы вызвать высвобождение противораковых препаратов непосредственно в местах опухоли. Интересно что исследователи наблюдали значительное снижение роста опухоли у мышей, которых лечили данным методом. Этот анализ продемонстрировал потенциал бактерий, борющихся с опухолями, которые однажды могут быть использованы в качестве эффективного средства для лечения рака у людей.
Будущее бактерий, которые борются с опухолями
Эта исследовательская работа сочетает в себе совместные силы бактерий, известных лекарств от рака и ультразвуковых импульсов для обеспечения точной и эффективной доставки лекарств от рака непосредственно к раковым опухолям. Эта технология может уменьшить гибель здоровых клеток, что является основным побочным эффектом современных методов лечения рака. В целом, бактерии, борющиеся с опухолями, представляют собой многообещающую стратегию для лечения рака в будущем. Подобно этой работе, другие исследовательские лаборатории разрабатывают бактериальные магниты для борьбы с раком. Помимо лечения рака, эти мощные транспортные средства, управляемые бактериями, имеют потенциал для других биомедицинских применений в будущем.
Перевод был сделан Марией Мартыновой
Дополнительные источники:
https://www.cancer.gov/about-cancer/treatment/types/immunotherapy/checkpoint-inhibitors
https://www.caltech.edu/about/news/fighting-cancer-with-sound-controlled-bacteria
Изображение: создано автором статьи с помощью BioRender
micro-bites.org 