Терапия рака с помощью бактерий является многообещающим методом лечения благодаря своим выдающимся преимуществам - высокоспецифичному нацеливанию на опухоль и глубокому внутритканевому проникновению за пределы жесткого стромального барьера солидной опухоли.
Живые бактерии обладают естественной способностью прикрепляться к опухолям. Результатом этого является локальная колонизация и пролиферация в высокоспецифичной форме из-за недостатка кислорода и низкого pH в иммунопривилегированном микроокружении опухоли. Эти условия повышают противоопухолевую эффективность за счет усиления иммунного надзора и снижения иммуносупрессии.
В настоящее время несколько модификаций живых бактерий находятся на ранней или средней стадии клинической разработки. При достижении каждого этапа разработчики бактериальных препаратов обязательно устанавливают оптимальные процедуры безопасности и производства. Однако высокопатогенные бактерии, такие как Salmonella typhimurium и Listeria monocytogenes, обычно используются для фундаментальных исследований и клинических испытаний после ослабления иммунитета путем генетического нокаута иммуногенных поверхностных антигенов бактерий (например, липополисахарида) с помощью методов генной инженерии и/или синтетической биологии.
Хотя эта стратегия может привести к постоянному ослаблению бактериальных штаммов, клинические испытания бактериальной терапии рака показали, что она снижает колонизацию опухоли. Модуляция поверхности с помощью нанотехнологий также применяется в качестве другого подхода для ослабления и усиления терапевтических функций бактерий в маскирующих средствах доставки лекарств. Однако они приводят к снижению эффективности, поскольку являются одноразовыми, статическими модификациями бактерий, которые не позволяют обеспечить постоянную функционализацию и препятствуют размножению бактерий. Действительно, пассивная противораковая эффективность модифицированных бактерий недостаточна для лечения раковых опухолей, несмотря на то, что для достижения терапевтического эффекта необходимы сложные и трудоемкие технологии.
Чтобы получить разрешение на медицинское применение, предприятие, на котором производятся, обрабатываются и упаковываются бактерии, должно работать в соответствии с действующими нормами надлежащих производственных процедур. В связи с этим неизбежно строятся большие и сложные биореакторы. Дополнительные меры, необходимые для обеспечения строгого анаэробиоза сконструированных бактерий, могут усложнить производство этих микроорганизмов. Поэтому разработка простой производственной процедуры для получения высокобиосовместимых, натуральных противораковых бактерий без использования методов генетики и/или нанотехнологий является первостепенной задачей. Использование натуральных внутриопухолевых бактерий стало бы ключевым способом решения этой задачи и позволило бы преодолеть недостатки современной иммунотерапии рака на основе бактерий.
В исследовании, опубликованном в журнале Chemical Engineering Journal, ученые из Японского института передовых наук и технологий под руководством Эйдзиро Мияко разработали новый метод культивирования противоопухолевых бактерий с использованием высокопористых подложек. Этот инновационный подход не только усилил противораковые свойства бактерий, но и повысил их безопасность при тестировании на животных.
Ранее исследовательская группа выделила из опухолей мышей группу бактерий, названных A-gyo и UN-gyo. A-gyo обозначает бактерию Proteus mirabilis, а UN-gyo - фотосинтезирующую бактерию Rhodopseudomonas palustris. Эти бактерии обитают внутри опухолевых клеток, взаимодействуя с ними и потенциально влияя на рост опухоли и ее реакцию на лечение. Вместе они образуют «бактериальный консорциум AUN», который, благодаря своей способности эффективно воздействовать на опухоли и безопасности, может стать мощным инструментом для лечения рака. Однако найти оптимальный способ культивирования этих бактерий оказалось непросто.
Чтобы решить проблемы культивирования AUN, исследователи решили использовать специально разработанные подложки. Они приготовили микропористые подложки с использованием биосовместимого вещества под названием полидиметилсилоксан (PDMS) в сочетании с диоксидом титана (TiO2). Добавление TiO2 помогло создать баланс, при котором бактерии могли эффективно воздействовать на опухоли, но при этом достаточно контролировались, чтобы избежать чрезмерно агрессивного роста бактерий, приводящего к нежелательным инфекциям или иммунным реакциям. Эти пористые подложки значительно усилили противораковые свойства бактерий, сделав их более эффективными.
После того как исследователи подготовили композит PDMS-TiO2, они культивировали бактерии AUN вместе с элементами подложки, подвергая всю конструкцию воздействию света. Они обнаружили, что под воздействием света TiO2 в подложке эффективно ослабляет бактерии, производя токсичные молекулы, называемые реактивными видами кислорода (ROS), что помогает обеспечить безопасность во время лечения. Затем они оценили противораковую эффективность AUN. Результаты исследования оказались поразительными: AUN, культивируемые с использованием подложки, продемонстрировали повышенную способность убивать различные типы опухолевых клеток. При тестировании на мышах с раком молочной железы лечение ослабленными бактериями AUN привело к улучшению показателей выживаемости. Усиление противораковой активности наблюдалось у мышей с лекарственно-устойчивым раком молочной железы.
"Мы обнаружили, что сильный противораковый ответ был вызван онколитическими свойствами самих AUN при содействии различных активированных иммунных клеток, таких как Т-клетки, NK-клетки и макрофаги в микроокружении опухоли», - рассказал Мияко. Исследование также подтвердило, что AUN, культивированные с помощью подложек, можно безопасно вводить не только мышам, но и собакам. Повышение безопасности и эффективности этого простого метода делает AUN еще на один шаг ближе к широкому применению в терапии рака, и авторы исследования ожидают, что эта технология будет доступна для клинических испытаний в течение следующих 10 лет.
«Наше открытие того, как пористые подложки влияют на бактериальную активность AUN, поможет в разработке искусственных подложек для эффективного лечения рака с лекарственной устойчивостью», - объясняет Мияко. Таким образом, это исследование позволит создать эффективный и недорогой способ производства бактериального продукта и новую терапевтическую стратегию на основе безопасного метода лечения раковых пациентов.
