Бактерии исследуются для лечения рака на протяжении многих десятилетий.
Еще в 1910 г. Уильям Коули произвел инъекции S. pyogenes и S. marcescens пациентам с неоперабельными саркомами костей и мягких тканей, которые вызывали ремиссии. С тех пор аттенуированные штаммы бактерий, таких как M. bovis, Bifidobacterium spp., S. typhimurium, L. monocytogenes и C. novyi, были разработаны для применения в клинических испытаниях с целью доставки лекарственных препаратов для лечения солидных опухолей мочевого пузыря, печени, толстой кишки, молочной железы и мозга.
Первичному раку легких уделяется мало внимания, однако есть несколько сообщений о существующем микробиоме опухоли легких, что представляет собой естественный случай для бактериальной терапии. Рак легких является причиной наибольшего числа смертей от рака во всем мире, а также одним из самых гетерогенных видов рака. Эта гетерогенность рака легких наряду с большим пространством поиска параметров для проектирования бактериальных штаммов, генетических схем и терапевтических нагрузок создает проблему сужения круга специфических бактериальных терапевтических средств для определенного типа рака легких. В данной работе мы сосредоточились на немелкоклеточном раке легких (NSCLC), наиболее распространенном виде рака легких. Мы создали экспериментальный конвейер для выявления и характеристики терапевтических препаратов, доставляемых Salmonella typhimurium, для соответствия моделям NSCLC и сочетания их пользы с текущей таргетной терапией.
Синтетическая биология позволяет конструировать бактерии для безопасной доставки мощных полезных нагрузок в опухоли для эффективной противораковой терапии. Благодаря быстрым достижениям в области синтетической биологии, способность создавать разработанные бактериальные методы лечения значительно превосходит производительность испытаний на животных, что создает серьезное препятствие для клинического применения. Тем не менее, основной проблемой для внедрения является определение идеальных кандидатов бактериальной терапии для конкретных видов рака и их интеграция с другими стратегиями лечения для достижения максимальной эффективности.
Для решения этой проблемы мы разработали программу скрининга и оценки бактериальной терапии в моделях рака легких. Мы проверили 10 разработанных бактериальных токсинов на 6 клеточных линиях пациентов с немелкоклеточным раком легких и определили тета-токсин как перспективного терапевтического кандидата. В данном исследовании мы использовали сфероиды NSCLC в качестве модели солидных опухолей, которые являются трехмерными и более физиологичными для прогнозирования реакции на бактериальную терапию в мышиных моделях рака. Используя систему совместной культуры бактерий и сфероидов, анализ дифференциально экспрессированных транскриптов и обогащение набора генов выявил значительные изменения по меньшей мере в 10 сигнальных путях при использовании бактерий, продуцирующих тета-токсин.
Мы оценили комбинаторное лечение небольшими молекулами фармацевтических ингибиторов, нацеленных на 5 сигнальных молекул, и 2 химиотерапевтических препаратов вместе с бактериально продуцируемым тета-токсином и показали улучшенный дозозависимый ответ. Эта комбинированная стратегия была дополнительно протестирована и подтверждена, на примере сигнальной молекулы AKT, в мышиной модели рака легких. Сочетание идентификации малых молекул ингибиторов на основе RNA-seq позволило быстро и параллельно проводить анализы для выбора эффективных методов лечения, которые затем были проверены на безопасность и эффективность на мышиной модели. Таким образом, мы разработали программу для быстрого определения характеристик бактериальной терапии и ее интеграции с существующими целевыми методами лечения рака легких.
Ограничением нашей текущей программы является малое количество животных в когорте в исследованиях in vivo. Увеличение количества животных и оценка общей выживаемости после лечения будут иметь большое значение, особенно если эта технология будет использоваться для понимания механизма устойчивости к бактериальным терапевтическим препаратам. Тем не менее, наш подход позволяет решить проблему, препятствующую разработке новых комбинированных методов лечения солидных опухолей - а именно, узкое терапевтическое окно до появления значительной системной токсичности.
Поскольку токсины сами по себе не наносят избирательного вреда раковым клеткам, селективная доставка токсина живыми бактериями в опухоль имеет решающее значение для предотвращения системной токсичности. Несколько видов бактерий могут избирательно колонизировать солидные опухоли, в основном из-за снижения иммунного надзора в ядрах опухоли, и могут быть управляемы для доставки терапевтической полезной нагрузки после колонизации опухоли. Более того, аттенуация бактерий, как, например, ранее произведенная с S. typhimurium, снижает патогенность и иммуногенность, что привело к клиническим испытаниям, где была продемонстрирована безопасность. Таким образом, наша стратегия лечения имеет потенциал для увеличения терапевтического окна для NSCLC путем объединения преимуществ как бактериальной терапии, так и ранее разработанных безопасных фармакологических ингибиторов.
