活细菌疗法已被提议作为治疗各种癌症的替代方法。近期研究开发了一种“隐身”系统,该系统具有可调和动态表达的表面荚膜多糖,可增强全身递送。这种动态递送策略使细菌的最大耐受剂量增加了十倍,并提高了癌症小鼠模型中的抗肿瘤功效。与常规药物疗法相比,细菌癌症疗法拥有独特的优势!
伦比亚工程研究人员报告说,他们开发了一种“隐形”系统,可以暂时将治疗性细菌隐藏在免疫系统之外,使它们能够更有效地向肿瘤输送药物并杀死小鼠体内的癌细胞。通过操纵微生物的 DNA,他们对控制细菌表面的基因回路进行了编程,从而构建了包裹细菌的分子“斗篷”。
“这项工作真正令人兴奋的是,我们能够动态控制系统,”副教授 Tal Danino 说,他与生物医学工程教授 Samuel H. Sheng 合作领导了这项研究。“我们可以调节细菌在人体血液中存活的时间,并增加细菌的最大耐受剂量。我们还展示了我们的系统开辟了一种新的细菌递送策略,我们可以将细菌注射到一个可接近的肿瘤中,并让它们可控地迁移转移到身体其他部位的转移瘤、癌细胞等远端肿瘤。”
对于Nature Biotechnology的这项研究,研究人员专注于荚膜多糖 (CAP),这是一种覆盖细菌表面的糖聚合物。在自然界中,CAP 可以帮助许多细菌保护自己免受包括免疫系统在内的攻击。“我们劫持了益生菌大肠杆菌Nissle 1917 菌株的 CAP 系统,” Tetsuhiro Harimoto 说。“有了 CAP,这些细菌可以暂时逃避免疫攻击;没有 CAP,它们就会失去包裹保护,可以在体内清除。所以我们决定尝试建立一个有效的开关。”
有效的开/关开关
为此,研究人员设计了一种新的 CAP 系统,他们称之为诱导型 CAP 或 iCAP。他们通过给 iCAP 系统提供一个外部提示来控制 iCAP 系统 - 一种称为 IPTG 的小分子 - 允许对大肠杆菌细胞表面进行可编程和动态改变。由于 iCAP 以定向方式改变细菌与免疫系统的相互作用(例如血液清除和吞噬作用),研究小组发现,他们可以通过调整给予 iCAPE的 IPTG 量来控制细菌在人体血液中存活的时间。 .大肠杆菌
使用细菌进行治疗
虽然使用细菌进行治疗是治疗多种癌症的一种新的替代方法,但仍存在许多挑战,特别是它们的毒性。与许多传统药物不同,这些细菌是活的并且可以在体内增殖。它们还被人体的免疫系统检测为外来和危险的,引起高度炎症反应——过多的细菌意味着过度炎症导致的高毒性——或快速的细菌消除——细菌太少意味着没有治疗效果。
共同领导该项目的 Danino 和 Leong 实验室的博士后研究科学家 Jaeseung Hahn 指出:“在临床试验中,这些毒性已被证明是关键问题,限制了我们可以给细菌注射的数量并影响疗效。一些试验由于严重的毒性不得不终止。”
理想的细菌
理想的细菌应该能够在进入人体后避开免疫系统,并有效地到达肿瘤。而且一旦它们进入肿瘤,就需要在身体的其他部位消除,以尽量减少毒性。该团队使用小鼠肿瘤模型证明,通过 iCAP,他们可以将细菌的最大耐受剂量提高 10 倍。他们封装了大肠杆菌菌株,使其能够逃避免疫系统并到达肿瘤。因为他们没有在体内给予 IPTG,所以大肠杆菌iCAP 会随着时间的推移失去封装,并且更容易在身体的其他部位被消除,从而最大限度地降低毒性。
为了测试功效,研究人员随后设计了大肠杆菌iCAP 以产生抗肿瘤毒素,并且能够比没有 iCAP 系统的对照组更能缩小结直肠癌和乳腺癌小鼠模型中的肿瘤生长。
该团队还展示了体内可控的细菌迁移。过去的研究表明,在肿瘤生长时,低水平的细菌会从肿瘤中渗出。在这项新研究中,哥伦比亚团队使用 iCAP 来证明它们可以控制细菌从肿瘤中渗漏,以及它们转移到其他肿瘤。他们将大肠杆菌iCAP 注射到一个肿瘤中,给小鼠喂食含有 IPTG 的水,在肿瘤内激活 iCAP,然后看到大肠杆菌iCAP 泄漏并迁移到未注射的肿瘤中。
该小组正在探索一系列研究领域。有 80 多种不同类型的 CAP 仅适用于大肠杆菌,甚至更多适用于可以使用类似方法设计的其他细菌物种。此外,CAP 并不是细菌表面的唯一分子,其他表面分子也可以以类似的方式进行控制。此外,虽然 iCAP 在此示例中由外部提供的 IPTG 控制,但其他控制系统(如生物传感器)可用于自主控制治疗性细菌的表面特性。
他们指出临床转化是他们想要解决的下一个主要挑战。“虽然有大量实验室研究显示了设计微生物的各种方法,但很难将这些强大的疗法应用于复杂的动物或人体。我们已经在小鼠模型中展示了概念证明,但鉴于人类是对细菌内毒素的敏感性是小鼠的 250 倍,我们预计我们的结果对人类患者的影响可能比对小鼠的影响更大,”Harimoto 说。
Leong 补充说:“与传统药物治疗相比,细菌性癌症治疗具有独特的优势,例如有效靶向肿瘤组织和可编程药物释放。潜在的毒性限制了其全部潜力。本研究中提出的隐形方法可能会解决这一关键问题。 "
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