Bakterije ubijaju ćelije tumora i kontrolišu širenje metastaza – zvuči neverovatno, pa i revolucionarno. Istraživači Columbia University School of Engineering and Applied Science uspeli su da naprave sistem mikrobne inkapsulacije koji bi pojedine bakterije praktično reprogramirao u cilju efikasnijeg ubijanja tumorskih ćelija. Na ovaj način, naš imunološki sistem bi iz njih uzimao samo koristi, što bi mu pomoglo da se uspešnije bori sa tumorima. Bakterijama bi metodom mikrobne inkapsulacije bilo omogućeno da lakše prodru dođu do tumora iznutra i unište maligne ćelije. Takav eksperiment već je uspešno izveden na miševima.
Bakterije u službi uništavanja ćelija tumora i kontrole širenja metastaza, evo na koji način
Istraživački tim objasnio je detaljnije da se radi o sistemu jedne vrste projektovanog „prikrivanja“. Bakterije bi tako bile privremeno „sakrivene“ od primarnog načina na koji ih vidi naš imunološki sistem, ne branivši se od njih, već im omogućavajući da deluju efikasnije u uništavanju bolesnih ćelija. Uz manipulaciju, odnosnu promenu DNK mikroba, dolazilo bi do drugačijeg programiranja genskih kola koja kontrolišu površinu bakterija. Oko njih bi se, naime, izgradio (formirao) poseban, nevidljivi, molekularni „ogrtač“ koji bi ih inkapsulirao.
– Ono što je posebno uzbudljivo u vezi sa ovim radom je mogućnost dinamičke kontrole sistema – rekao je Tal Danino, vanredni profesor biomedicinskog inženjerstva koji je vodio studiju. Takođe, može da se utiče na vreme preživljavanja bakterija u ljudskoj krvi i poveća njihova maksimalno podnošljiva doza u organizmu. Pokazalo se, dodaje dr Danino, da je moguće u slučaju da je regija pristupačna, ubrizgati bakterije u primarni tumor i kontrolisati migraciju na distalne tumore kao što su metastaze koje se šire ka drugim delovima tela.
Koji probiotički soj i koje bakterije je korišćen u istraživanju
U ovoj studiji, objavljenoj u časopisu Nature Biotechnology, istraživački tim se fokusirao na kapsularne polisaharide (CAP). To su, zapravo, polimeri šećera koji oblažu površinu bakterija. U prirodi, kapsularni polisaharidi pomažu bakterijama da se zaštite od različitih napada, uključujući i reakciju imunološkog sistema na njih. Poznato je da je narušavanje ravnoteže između dobrih i loših bakterija ključno za neadekvatno funkcionisanje imunskog odgovora, odnosno, imuniteta.
Tetsuhiro Harimoto, doktorand i jedan od autora studije uz dr Danina, objašnjava da je korišćen CAP sistem probiotičkog soja Nissle 1917 bakterije Ešerihija koli (E. coli Nissle 1917). Sa kapsularnim polisaharidima, ove bakterije mogu privremeno da izbegnu imunološki odgovor organizma (napad), dok bez njega gube svoju zaštitu od inkapsulacije i mogu da se oslobode u telu. Zbog toga su naučnici odlučili, kaže Harimoto, da pokušaju da naprave nešto poput efikasnog prekidača za uključivanje i isključivanje ove važne funkcije.
Kako funkcioniše programirano uključivanje i isključivanje
Istraživači su morali da konstruišu novi sistem kaspularnih polisaharida, poznat kao inducibilni CAP ili iCAP. Kontrolisali su ga tako što mu dali spoljnu indukciju kroz mali molekul koji se zove IPTG. Upravo on je omogućaio programabilnu i dinamičku promenu površine bakterije E. coli. Budući da iCAP menja interakciju bakterija sa imunološkim sistemom (recimo, u slučaju čišćenja krvi i fagocitoze) na kontrolisan način, tim je otkrio da mogu da kontrolišu i vreme do koga bakterije mogu da prežive u ljudskoj krvi. Ovaj efekat su postigli uz podešavanje i praćenje količina IPTG koje su indukovane u novi iCAP bakterije.
Najveći izazov toksičnost bakterija
Korišćenje bakterija u terapiji za karcinome širokog spektra je novi, alternativni pristup lečenju. Međutim, naučnici se nalaze pred nizom izazova, među kojima je jedan od najozbiljnijih njihova toksičnost. Za razliku od tradicionalnih lekova, ove bakterije su žive i mogu da se razmnožavaju u telu. Imuni sistem ih detektuje kao strane i opasne, izazivajući visok inflamatorni odgovor. Previše bakterija značilo bi i visoku toksičnost usled prekomerne upale. Sa druge strane, premalo bakterija ne bi dalo terapijsku efikasnost. Jaeseung Hahn, još jedan od učesnika studije, rekao je i da su neka ispitivanja morala da budu prekinuta zbog rizika od teške toksičnosti.
Kako bi izgledao idealan razvoj situacije, sa dobrom količinom bakterija i bez toksičnosti
U pravilnom količinskom odnosu, trebalo bi da bakterije budu u stanju da izbegnu reakciju imunološkog sistema po ulasku u telo. Takođe, i da efikasno dođu do tumora. Kada se nađu unutra, potrebno ih je eliminisati iz drugih delova tela, kako bi se toksičnost svela na minimum.
Istraživački tim ove studije je koristio tumore miševa kako bi pokazao da kroz iCAP (novi sistem polisaharida), može da se poveća maksimalno podnošljivu doza bakterija 10 puta. U cilju minimiziranja toksičnosti, izračunavana je i svedena na najniži mogući nivo. Testiranje efikasnosti pokazalo je da je novi iCAP bio u stanju da smanji napredovanje raka debelog creva i raka dojke u odnosu na kontrolnu grupu simuliranih tumora kod miševa bez iCAP sistema.
Kakva je budućnost lečenja raka bakterijama
Kapsularni polisaharidi nisu jedini molekuli koje bakterije imaju na svojoj površini. I drugi površinski molekuli se mogu kontrolisati na sličan način. Uz to, dok se iCAP u ovom primeru kontroliše pomoću eksterno plasiranog IPTG-a, drugi kontrolni sistemi kao što su biosenzori mogu da se koriste za autonomnu kontrolu površinskih svojstava terapeutskih bakterija.
– Iako postoji dosta laboratorijskih istraživanja koja potvđuju opravdanost i mogućnost različitih načina za planirano menjanje mikroba, veoma je teško primeniti ove moćne terapije na složeno životinjsko ili ljudsko telo. Prikazali smo uspešno ovaj koncept na modelima miševa. Međutim, s obzirom na to da su ljudi 250 puta osetljiviji na bakterijske endotoksine od miševa, očekujemo više studija koje bi mogle da potvrde veći efekat na ljude – rekao je Tetsuhiro Harimoto.
Istraživači podsećaju da terapija za karcinom bakterijama ima jedinstvene prednosti u odnosu na konvencionalne načine lečenja. To su prvenstveno efikasno ciljanje tumorskog tkiva i programabilno oslobađanje leka. Potencijalna toksičnost ograničava njen puni potencijal, a pristup „maskiranja“ predstavljen u ovoj studiji mogao bi da reši niz kritičnih pitanja.
