Бактериальная виротерапия — новое оружие против рака: миллионы бактерий запрограммированы на уничтожение онкоклеток. Ученые создали биотехнологию при которой генетически модифицированные бактерии выделяют «нанотела», предупреждающие иммунную систему о раке. Ученые использовали генетически перепрограммированные бактерии для уничтожения опухолей. Инновационный метод может стать лечением рака, которое позволит бороться с опухолями более точно, без побочных эффектов обычных лекарств.
Исследователи уже пытаются разработать схему лечения, но успешные лабораторные испытания на мышах не гарантирует, что эта стратегия сработает на людях. Про новое исследование есть публикация в журнале Nature Medicine. Доктор Майкл Дуган, иммунолог из Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне, сказал: «Вполне вероятно что в ближайшем будущем мы использовать программируемые бактерии для лечения», — сказал д-р Дуган, чьи исследования заложили основу для нового исследования. «Я думаю, что это слишком большой потенциал».
Наши иммунные клетки могут иногда распознавать и уничтожать раковые клетки без посторонней помощи. Но опухоли могут скрываться от иммунной системы, используя ген CD47. Обычно ген вырабатывает белок, который покрывает поверхность эритроцитов, своего рода знак, который гласит: «Не трогай меня». Иммунные клетки видят его и проходят мимо здоровых эритроцитов.
Но с возрастом эритроциты теряют белки CD47. В конце концов, иммунные клетки поглощают старые клетки, чтобы освободить место для новых. Мутации в раковых клетках могут заставить их включать ген CD47. Иммунная система считает эти онкоклетки безвредными, что позволяет им перерасти в опасные злокачественные опухоли. В последние годы ученые разрабатывают антитела, которые могут прикрепляться к белкам CD47 на онкоклетках, делая их уязвимыми для иммунной системы. Затем иммунные клетки организма уже распознают раковые как опасные и атакуют их.
Стандартные антитела — это большие молекулы, которые не могут проникнуть в большую опухоль. И так как они должны быть введены в кровоток, эти антитела попадают в организм повсюду, вызывая побочные эффекты. Исследования показали, что для активации иммунной системы против рака можно использовать бактерии и нанотела, проникающие внутрь опухоли.
В 2016 году удалось создать бактерии, которые могут производить лекарства для борьбы с онкоклетками после их проникновения в опухоли. Учёные разработали крошечную версию молекулы, называемую нанотелом. Нанотела не только достаточно малы, чтобы бактерии могли их продуцировать, но и намного более эффективны, чем обычные антитела.
Исследователи вставили ген нанотела в бактерии, превратив их в фабрики нанотел. Затем учёные ввели пять миллионов измененных микробов в опухоли мыши. Бактерии также были запрограммированы на массовое самоуничтожение. После того, как они размножились в организме, 90 процентов бактерий разорвало себя на части, выплеснув нанотела, которые прикрепляясь к белкам CD47 на онкоклетках, лишают их камуфляжа.
Кроме того, фрагменты мертвых бактерий выходят из опухоли и привлекают внимание иммунных клеток. Внутри опухоли выжившие бактерии снова начинают размножаться. Когда их количество становится достаточно большим, большинство бактерий снова самоуничтожаются, давая ещё один выброс нанотел. Этот подход также может снизить побочные эффекты лечения рака за рубежом. Вместо наполнения всего организма лекарствами, бактерии обеспечивают целенаправленные атаки на опухоли. И благодаря своим небольшим размерам нанотела, которые просочились из раковых клеток, быстро очищаются организмом.
Дополнительный эффект проявляется в том, что после того, как бактерии и нанотела уничтожили одну опухоль, другие злокачественные очаги у мышей тоже уменьшились. Возможно, что бактерии и нанотела помогли иммунной системе научиться распознавать и другие онкоклетки. Использование перепрограммированных бактерий и нанотел для лечения рака открывает возможность справиться с его самыми сложными метастатическими формами. Новое исследование демонстрирует, как далеко зашла область синтетической биологии за последние годы.
Исследователи используют анаэробные бактерии, такие как Clostridium Novyi, чтобы проникать во внутреннюю часть опухолей с низким содержанием кислорода у пациентов. Эти опухоли затем умирают, когда вступают в контакт с оксигенированными агентами, а это означает, что раковые клетки в опухоли будут безвредны для остальной части тела. Основная проблема с использованием Clostridium Novyi заключается в том, что бактерии не поглощают все части злокачественной ткани. Однако, комбинируя эту терапию с химиотерапевтическими лекарствами, проблема может быть полностью решена.
Анаэробные бактерии могут расти с или без присутствия кислорода (тогда как аэробные бактерии должны иметь кислородную среду), поэтому Clostridium Novyi может расти при злокачественных опухолях с низким содержанием кислорода. Это важно, потому что вызванная опухолью гипоксия тканей может вызвать осложнения. Гипоксия — это когда ткани получают меньше кислорода, чем нужно, в результате чего организму будет труднее бороться с инфекциями и тем более с онкоклетками.
Другая новая стратегия борьбы с раком, которая используется в лечении онкобольных, включает использование анаэробных бактерий, которые преобразованы с помощью фермента, превращающего нетоксичный предпрепарат в токсичное лекарство. При размножении бактерий в некротических и гипоксических областях опухоли фермент экспрессируется исключительно в опухоли.
Таким образом, системно применяемое пролекарство метаболизируется до токсического препарата только в опухоли. Это было продемонстрировано с непатогенным анаэробом Clostridium Sporogenes, исследуемого как средство доставки лекарств от рака в опухоли. Исследователи надеются продолжить использовать и исследовать анаэробные бактерии для новых векторов лечения рака, чтобы убить гипоксические опухоли у пациентов.
Генно-модифицированная полиовирусная онкотерапия, в которой используются генетически модифицированные образцы полиовируса, является чрезвычайно новым вариантом лечения рака за рубежом. Исследователи в Центре опухолей головного мозга им. Престона Роберта Тиша в Университете Дьюка модифицировали полиовирус с помощью вируса, вызывающей простуду, удалив у него свойства, вызывающие болезнь. Этот генетически модифицированный вирус был назван вирусом «PVS-RIPO», и он работает путем непосредственного введения в опухоль пациента (например, опухоль головного мозга).
Оказавшись внутри опухоли, полиовирус PVS-RIPO заражает и убивает раковые клетки. Кроме этого, полиовирус PVS-RIPO обладает замечательными возможностями влиять на регрессию опухоли, но его реальная сила заключается в том, что он активирует естественные защитные механизмы организма в борьбе с онкоклетками. Иммунная система человека умеет бороться с вирусными инфекциями и она начинает воспринимать инфицированные раковые клетки как вирусные по своей природе и атакует их.
Иммунные клетки обычно не нападают на злокачественные из-за того, что раковые имеют своего рода маскировку. Полиовирус PVS-RIPO изобрёл Матиас Громайер, доктор медицинских наук, доцент хирургии, молекулярной генетики и микробиологии. Он обнаружил, что многие виды онкоклеток, включая клетки глиобластомы, продуцируют рецептор полиовируса Necl-5 / CD155. Мультиформная глиобластома или астроцитома IV степени, является наиболее распространенной и агрессивной формой рака головного мозга. Люди, страдающие от этой формы рака головного мозга, почти никогда не выздоравливают, но с помощью PVS-RIPO у онкобольных появится возможность бороться с этим типом нейроонкологии.