Разрушение защитных сил рака с помощью бактерий

Бактерии обычно имеют плохую репутацию, так как люди сначала думают об

определенных штаммах, которые могут вызвать серьезные заболевания, такие как пневмония или менингит. Однако существует множество полезных бактерий, известных как пробиотики, которые по-разному помогают организму.

Исследователи Университета Цинциннати в настоящее время разработали пробиотик, предназначенный для нацеливания и разрушения защитных сил раковых клеток, что облегчает лечение внутри опухолей. Результаты были недавно опубликованы в журнале Advanced Healthcare Materials.

Налиникант Котагири, доктор философии, старший автор этого исследования, доцент Фармацевтического колледжа Джеймса Л. Винкла и член Онкологического центра Калифорнийского университета, изучает "солидный рак" или те, которые определяются как аномальные клеточные новообразования в "твердых" органах, таких как грудь или простата, в отличие от лейкемии, рака, поражающего кровь. Котагири объясняет, что многие солидные раковые опухоли имеют внеклеточный матрикс, состоящий из коллагена и гиалуроновой кислоты. Матрица образует барьер вокруг клеток и затрудняет доступ антител и иммунных клеток к опухолям.

Синду Томас, первый автор этого исследования и аспирант лаборатории Котагири, работал с E. coli Nissle, бактерией, которая использовалась в качестве пробиотика около 100 лет и отличается от штаммов E. coli, вызывающих болезни. Благодаря новой технологии любой белок или фермент может быть получен на бактериях E. coli Ниссле.

В этом случае бактерии были сконструированы так, чтобы выделять множество более мелких структур, называемых пузырьками внешней мембраны, на внешнем краю клеток. Везикулы содержат те же материалы, что и сами бактерии, поэтому исследователи разработали бактерии для переноса фермента, разрушающего внеклеточный матрикс рака.

Котагири сказал, что бактерии, как правило, процветают в условиях низкого содержания кислорода и иммунодефицитной среды - две характеристики, характерные для солидных раковых заболеваний. Из-за этого специально разработанные бактерии естественным образом притягиваются к этим раковым заболеваниям.

"Мы воспользовались этой уникальной особенностью кишечной палочки Ниссле, чтобы поселиться и локализоваться в этих опухолях", - сказал Котагири. "А затем, как только бактерии поселяются там, они начинают образовывать наноразмерные пузырьки, которые переносят фермент гораздо глубже в матрицу опухоли".

После создания нового пробиотика исследователи изучили влияние бактерий на животных моделях рака молочной железы и толстой кишки. Бактерии вводятся внутривенно примерно за четыре или пять дней до лечения рака, что позволяет бактериям заселиться и разрушить защитные силы рака и подготовить его к лечению.

После введения бактерий, а затем последующих доз иммунотерапии или других фармацевтических препаратов, используемых в таргетной терапии, Котагири сказал, что мыши выживали в два раза дольше по сравнению с теми, кто получал только терапию рака. Визуализация показала, что бактерии и ферменты эффективно разрушают внеклеточный матрикс и позволяют терапии достигать раковых клеток.

Исследование показало, что бактерии поражали опухоли, но не атаковали здоровые клетки в других органах, таких как сердце, легкие, печень и мозг. Котагири сказал, что это показывает, что бактерии могут быть безопасными и не будут вызывать инфекцию в других частях тела, но необходимо провести дополнительные исследования для изучения их безопасности на крупных моделях животных и потенциально на людях, особенно в условиях иммунодефицита.

"Это всегда сопровождается предупреждением о том, как вы можете использовать эту стратегию, не вызывая сепсиса или каких-либо явных инфекций в организме", - сказал он.

Котагири сказал, что его лаборатория начала более внимательно изучать, как бактериальные пробиотики могут решать биомедицинские проблемы примерно в 2018 году, поскольку в любой момент времени в вашем организме примерно в два раза больше бактериальных клеток, чем человеческих клеток.

"Бактерии есть в кишечнике, на коже, внутри ваших легких, во рту, даже внутри опухолей", - сказал Котагири. "Так почему бы не воспользоваться этим и не найти интересные способы сделать их немного более активными?"

Если сконструированные бактерии продолжат доказывать свою безопасность и эффективность, Котагири сказал, что существует множество способов создания бактерий для различных целей, включая потенциальное использование бактерий для лечения заболеваний кишечника, рта и кожи. Существует также потенциал для создания бактерий, вооруженных множеством белков и молекул, для создания платформы монотерапии (или терапии, в которой используется один тип лечения), а не просто для облегчения комбинированной терапии, сказал он.

"Таким образом, бактерии, по сути, могут служить материнским кораблем, который доставит необходимую терапевтическую полезную нагрузку в уникальные ниши в организме, а оттуда станет самоподдерживающейся сущностью", - сказал Котагири. "Хотя возможности безграничны, существуют также серьезные проблемы. Мы должны быть хорошими распорядителями, чтобы сделать такие доказательства возможными для сообщества, чтобы понять, каковы пределы и что можно сделать".