Programmering av bakterier för att bekämpa cancer
Förmågan att programmera levande celler att bete sig på specifika sätt under vissa förhållanden skapar nya möjligheter inom medicin. En ny musstudie där forskare programmerade bakterier för att bekämpa cancer är ett exempel.
Vissa tumörer trivs och sprider sig eftersom deras celler skickar ut en "ät inte mig" -signal som gör att immunsystemet lämnar dem ifred. Tumörceller som inte skickar signalen är utsatta för makrofager och andra immunceller som kan svälja och smälta dem.
Nu har forskare från Columbia University i staden New York visat att det är möjligt att programmera bakterier för att stänga av ät inte mig-signalen och inducera ett immunsvar mot tumörerna.
Tillvägagångssättet är ett exempel på syntetisk biologi, ett växande område där medicinska behandlingar lovar att vara mer effektiva och specifika än många molekylära metoder.
I en nyligen Naturmedicin papper beskriver forskarna hur de programmerade bakterier och använde dem för att krympa tumörer och öka överlevnaden i en musmodell av lymfom.
De såg att behandlingen inte bara minskade tumörerna som de injicerade utan också att avlägsna, sekundära tumörer eller metastaser svarade.
"Att se obehandlade tumörer svara tillsammans med behandling av primära lesioner var en oväntad upptäckt", säger medförfattare Tal Danino, biträdande professor i biomedicinsk teknik vid Columbia University.
Exempel på abscopal effekt
Danino säger att det de bevittnade var den första demonstrationen av en ”abscopal effekt” i cancerbehandling som använder bakterier.
"Det betyder," tillägger han, "att vi kommer att kunna konstruera bakterier för att primera tumörer lokalt och sedan stimulera immunförsvaret att söka efter tumörer och metastaser som är för små för att detekteras med avbildning eller andra metoder."
I cancerterapi är den abskopala effekten förmågan att framkalla ett antitumörsvar som förstör cancerceller långt ifrån det primära målet.
Celler som skickar äter mig inte signaler är vanliga inte bara i tumörer utan också i frisk vävnad. Detta utgör en utmaning för utvecklare av immunterapier som riktar sig mot signalen.
Danino och kollegor mötte denna utmaning genom att programmera bakterierna så att de bara släppte sin signaldämpande nyttolast när de kände att de befann sig i "tumörmikromiljön."
E coli med kodade nanokroppar
Nyttolasten i sig var i form av "en kodad nanokropp" och bakterien som de använde var en "icke-patogen Escherichia coli anstränga."
I tumörer, E coli bakterier sprider sig i nekrotiska kärnor eller i fickor av döende celler.
Teamet programmerade bakterierna för att vara kvorumavkännande, vilket betyder att när de nådde en viss befolkningsstorlek dog de och släppte sin nyttolast av kodade nanokroppar.
Denna strategi hindrade bakterierna från att tränga igenom andra vävnader och tysta inte ät mig-signalerna i deras celler. Men det lämnade också tillräckligt med bakterieceller för att starta en ny population, och upprättade upprepande cykler av läkemedelsleverans i tumören.
Teamet hade redan visat en sådan strategi för läkemedelsleverans i tidigare arbete.
I den nya studien visade de att det också selektivt kan stänga av, ät inte mig-signaler i cancerceller genom att rikta in sig på CD47, proteinet som skickar signalen.
Priming av tumörinfiltrerande T-celler
Teamet föreslår att behandlingen fungerar eftersom den gör två saker. För det första inducerar närvaron av levande bakterier lokal inflammation i tumören. Detta kallar immunförsvaret.
Det andra som behandlingen gör är att trigga immunceller, såsom makrofager, att inta tumörcellerna eftersom det stänger av deras CD47 inte äter mig signal. I sin tur primerar detta immunsvar "tumörinfiltrerande T-celler" som sedan migrerar till avlägsna metastaser.
Forskarna föreslår att resultaten är "proof-of-concept för en abscopal effekt inducerad av en konstruerad bakteriell immunterapi", och drar slutsatsen:
"Således kan konstruerade bakterier användas för säker och lokal leverans av immunterapeutiska nyttolaster som leder till systemisk anti-tumörimmunitet."
De testar redan metodens säkerhet och effektivitet med andra typer av cancer hos möss. Efter det hoppas de kunna fortsätta med kliniska prövningar på människor.
