Бактерії зазвичай мають погану репутацію, оскільки люди спочатку думають про певні штами, які можуть викликати серйозні захворювання, такі як пневмонія або менінгіт. Однак існує багато корисних бактерій, відомих як пробіотики, які допомагають організму різними способами.
Дослідники з Університету Цинциннаті (УЦ) розробили пробіотик, призначений для націлювання та подолання опору ракових клітин, створюючи для лікувального препарату легші умови для знищення пухлин. Результати нещодавно були опубліковані в журналі Advanced Healthcare Materials.
Налінікант Котагірі, доктор філософії, старший автор цього дослідження, асистент професора фармацевтичного коледжу імені Джеймса Л. Вінкла і член онкологічного центру УЦ, вивчає «солідні види раку», – аномальні клітинні розростання в таких органах, як молочні залози або простата, на відміну від лейкемії, раку, що вражає кров. Котагірі пояснює, що багато солідних видів раку мають позаклітинний матрикс, що складається з колагену та гіалуронової кислоти. Матрикс утворює бар’єр навколо клітин і ускладнює проникнення антитіл та імунних клітин до пухлин.
Шінду Томас, перший автор цього дослідження і аспірант лабораторії Котагірі, працював з E. coli Nissle, бактерією, яка використовується як пробіотик протягом приблизно 100 років і відрізняється від штамів E. coli, які викликають захворювання. За допомогою нової технології E. coli Nissle може бути використана для продукції будь-якого білку або ферменту.
В даному випадку, бактерії були сконструйовані так, щоб виробляти велику кількість структур, які називаються мембранними везикулами на зовнішньому краю клітин. Ці везикули є джерелом ферменту, який руйнує позаклітинний матрикс новоутворення.
Котагірі сказав, що бактерії отримують для себе сприятливі умови в середовищі з низьким вмістом кисню та імунодефіцитом, що є двома характеристиками, які виявляються у солідних пухлинах. Через це, спеціально розроблені бактерії, природно притягуються до цих видів пухлин.
Ми скористалися цією унікальною особливістю E.coli Nissle, щоб створити їхній осередок в цих пухлинах. А потім, коли бактерії поселяються там, вони починають продукувати нанорозмірні везикули, що дозволяє бактеріальному ферменту проникати набагато глибше в матрицю пухлини».
Після створення нового пробіотика дослідники вивчали вплив бактерій на тваринні моделі раку грудей і товстої кишки. Бактерії вводили внутрішньовенно приблизно за чотири або п’ять днів до лікування раку, що дає бактеріям час заселитися, зруйнувати захисні бар’єри пухлини та підготувати пацієнта до лікування.
Після введення бактерій, а потім наступних доз імунотерапії або інших фармацевтичних препаратів, які використовуються для таргетної терапії, миші виживали вдвічі довше, ніж миші, які отримували тільки суто терапію раку. Дослідження довело, що бактерії та їхній фермент ефективно руйнують позаклітинний матрикс і дозволяють терапії досягти ракових клітин.
Також дослідження показало, що бактерії впливають на пухлини, але не атакують здорові клітини в інших органах, таких як серце, легені, печінка та мозок. Котагірі сказав, що це показує, що бактерії можуть бути безпечними і не викликають інфекційних уражень в інших частинах тіла, проте необхідно провести додаткові дослідження, щоб вивчити їхню безпеку на моделях великих тварин і, можливо, на людях, особливо в середовищі з імунодефіцитом.
«Це завжди супроводжується застереженням щодо того, як ви можете використовувати цю стратегію, не викликаючи сепсису чи будь-яких інших явних інфекційних процесів в організмі», — сказав він.
«Бактерії присутні в кишечнику, на шкірі, у легенях, у роті, навіть у пухлинах», – сказав Котагірі. «То чому б не скористатися цим і не знайти цікаві способи зробити їх більш корисними?»
Існує широкий спектр способів створення бактерій для різних цілей, включаючи потенційне використання бактерій для лікування хвороб кишечника, ротової порожнини та шкіри, за умови, що модифіковані бактерії продовжуватимуть залишатися безпечними та ефективними. Крім того, існує потенціал для створення бактерій, озброєних кількома білками та молекулами. Це дасть можливість розробити платформу для проведення монотерапії (терапії, яка використовує лише один тип лікування), а не просто збільшити ефективність комбінованої терапії.
«Таким чином, бактерії можуть по суті служити материнським кораблем, який буде переносити необхідне терапевтичне навантаження до унікальних ніш в організмі», – сказав Котагірі.
Джерело: Thomas, S.C., et al. (2021) Engineered Bacteria Enhance Immunotherapy and Targeted Therapy through Stromal Remodeling of Tumors. Advanced Healthcare Materials. doi.org/10.1002/adhm.202101487.
