С момента своего изобретения химиотерапия зарекомендовала себя как ценный инструмент в лечении многих видов рака, но у нее есть большой недостаток. Помимо уничтожения раковых клеток, он также может убивать здоровые клетки, такие как клетки волосяных фолликулов, вызывая облысение; и те, которые выстилают желудок, вызывая тошноту.
У ученых Калифорнийского технологического института может быть лучшее решение: генетически модифицированные, управляемые звуком бактерии , которые ищут и уничтожают раковые клетки. В новой статье, опубликованной в журнале Nature Communications , исследователи из лаборатории Михаила Шапиро, профессора химического машиностроения и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза, показывают, как они разработали специализированный штамм бактерий Escherichia coli (E. coli), который ищет проникает в раковые опухоли при введении в организм пациента. Как только бактерии прибывают в пункт назначения, их можно заставить производить противораковые препараты с помощью импульсов ультразвука .
«Цель этой технологии — использовать способность искусственных пробиотиков проникать в опухоли, используя ультразвук для их активации для высвобождения сильнодействующих лекарств внутри опухоли», — говорит Шапиро.
Отправной точкой для их работы стал штамм кишечной палочки под названием Nissle 1917, одобренный для медицинского применения у людей. После попадания в кровоток эти бактерии распространяются по всему телу. Затем иммунная система пациента уничтожает их, за исключением тех бактерий, которые колонизировали раковые опухоли, создающие среду с подавленным иммунитетом.
Чтобы превратить бактерии в полезный инструмент для лечения рака, команда разработала их так, чтобы они содержали два новых набора генов. Один набор генов предназначен для производства нанотел , которые представляют собой терапевтические белки, отключающие сигналы, которые опухоль использует для предотвращения противоопухолевого ответа иммунной системы. Наличие этих нанотел позволяет иммунной системе атаковать опухоль. Другой набор генов действует как термовыключатель, который включает гены нанотел, когда бактерия достигает определенной температуры.
Вставив гены, зависящие от температуры, и гены нанотел, команда смогла создать штаммы бактерий, которые производили нанотела, подавляющие опухоль, только при нагревании до температуры срабатывания 42-43 градусов по Цельсию. Поскольку нормальная температура человеческого тела составляет 37 градусов по Цельсию, эти штаммы не начинают производить свои противоопухолевые нанотела при введении человеку. Вместо этого они спокойно растут внутри опухолей, пока внешний источник не нагреет их до триггерной температуры.
Но как нагреть бактерии, расположенные в одном конкретном месте, потенциально глубоко внутри тела, где растет опухоль? Для этого команда использовала сфокусированный ультразвук (ФУЗ). FUS похож на УЗИ, используемое для визуализации внутренних органов или плода, растущего в утробе матери, но имеет более высокую интенсивность и фокусируется в узкой точке. Сосредоточение ультразвука на одном месте вызывает нагревание ткани в этом месте, но не тканей, окружающих его; Контролируя интенсивность ультразвука, исследователи смогли поднять температуру этой ткани до определенной степени.
«Фокусированный ультразвук позволил нам активировать терапию именно внутри опухоли», — говорит Мохамад Абеди, бывший доктор философии. студент группы Шапиро, который был одним из руководителей проекта и в настоящее время является научным сотрудником в Вашингтонском университете. «Это важно, потому что эти сильнодействующие лекарства, которые так полезны при лечении опухолей, могут вызывать серьезные побочные эффекты в других органах, где также могут присутствовать наши бактериальные агенты».
Чтобы проверить, работает ли созданный ими штамм бактерий так, как предполагалось, исследовательская группа вводила бактериальные клетки лабораторным мышам, пораженным опухолями. Дав бактериям время проникнуть в опухоли, команда использовала ультразвук, чтобы согреть их.
В ходе серии испытаний исследователи обнаружили, что у мышей, получавших этот штамм бактерий и ультразвук, наблюдался гораздо более медленный рост опухоли , чем у мышей, получавших только ультразвук, мышей, получавших только бактерии, и мышей, которых не лечили вообще.
Однако команда также обнаружила, что некоторые опухоли у обработанных мышей вообще не уменьшились.
«Это очень многообещающий результат, потому что он показывает, что мы можем направить правильную терапию в нужное место в нужное время», — говорит Шапиро. «Но, как и в случае с любой новой технологией, есть несколько вещей, которые нужно оптимизировать, включая добавление возможности визуализации бактериальных агентов с помощью ультразвука, прежде чем мы их активируем, и более точное нацеливание на них нагревательных стимулов».
