Управляемые светом бактерии можно использовать для нацеливания и уничтожения раковых клеток

Выявление злокачественных новообразований с высокой точностью представляет собой серьезную задачу для биомедицинских исследователей. Однако этот сценарий, вероятно, станет свидетелем смены парадигмы в ближайшем будущем с использованием специально созданных бактерий, которые смогут эффективно уничтожать злокачественные клетки.

Использование бактерий для воздействия на раковые клетки или бактериальную терапию может быть расширено с помощью генной инженерии и нанотехнологий. Однако его эффективности могут снизить технические ограничения и потенциальное развитие устойчивости к антибиотикам. Следовательно, крайне важно добиться мягкой и эффективной химической модификации бактерий для улучшения биосовместимости и функций, чтобы не поставить под угрозу их медицинский потенциал.

Недавно определенные виды пурпурных фотосинтезирующих бактерий (PPSB) оказались в центре внимания из-за их способности решать проблемы бактериальной терапии. Для дальнейшего изучения этого вопроса 14 августа 2023 года в Интернете было опубликовано исследование. Нано сегодня сообщили об использовании химически модифицированного PPSB для обнаружения и устранения трудноизвлекаемых раковых клеток на мышиной модели.

Было выбрано исследование, которое провел доцент Эйджиро Мияко из Японского института передовых наук и технологий (JAIST). Родопсевдомонас болотный (RP) как идеальные бактерии для исследований. RP показал превосходные свойства, такие как флуоресценция в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR), фототермическое преобразование и низкая цитотоксичность. Он она Он поглощает ближний ИК-свет и производит свободные радикалы — свойство, которое можно использовать для уничтожения раковых клеток. Объяснять Профессор Мияко.

Стремясь улучшить терапевтическую эффективность выделенного штамма, команда искала химические модификации для изменения бактериальных мембран. Сначала они выполнили ПЭГилирование, или прикрепление производных полиэтиленгликоля к клеточным стенкам бактерий. Предыдущие исследования показывают, что бактериальное ПЭГилирование помогает уклоняться от иммунного ответа хозяина и преобразовывать световую энергию в тепло, которое затем можно использовать для избирательного уничтожения раковых клеток.

Первые результаты были обнадеживающими. Например, покрытие поверхности мембраны RP «биосовместимым якорем к мембране (BAM)» не оказывало отрицательного влияния на жизнеспособность клеток RP в течение как минимум одной недели. Более того, функциональные RP не уничтожались БАМ путем фагоцитоза макрофагов, клеток, которые играют важную роль в защитных действиях иммунной системы против бактериальных инвазий.

Затем исследователи соединили флуоресцентный конъюгат Alexa488-BSA с RP, функционализированными BAM, создав таким образом бактериальный комплекс с отслеживаемой флуоресцентной меткой. Этот конъюгат впоследствии был заменен антителом «PD-L1». Предыдущие исследования показали, что раковые клетки содержат на своей поверхности белок под названием «Лиганд программируемой клеточной смерти 1» (PD-L1). PD-L1 может плавно отключать защитную систему хозяина, связываясь с рецептором PD-1. Это позволяет раковым клеткам уклоняться от обнаружения и уничтожаться иммунной системой. Антитела против PD-L1 блокируют эту реакцию, тем самым не позволяя раковым клеткам миновать разрушение иммунной системой.

Как и ожидалось, и анти-PD-L1-BAM-RP, и RP ингибировали рост опухоли на мышиной модели рака толстой кишки. Однако антагонисты PD-L1-BAM-RP, BAM-RP и RP при лазерной стимуляции показали значительный противораковый эффект. Действительно, солидные опухоли полностью исчезали после лазерного облучения анти-PD-L1-BAM-RP, BAM-RP или RP, инъецированных мышам с опухолями. Кроме того, при оценке свойств фототермической конверсии как анти-PD-L1-BAM-RP, так и природный RP продемонстрировали сильную фотоконверсию из-за присутствия молекул светоуправляемого бактериального хлорофилла (BChl).

Среди различных биоконъюгатов наибольшую эффективность на первом этапе лечения показал антагонист PD-L1-BAM-RP. Более того, он не был токсичен для окружающих здоровых клеток или для крысы-хозяина. Последующие эксперименты выявили основной механизм уничтожения опухоли толстой кишки на мышиной модели.

«Наши выводы выявили, что функциональные бактерии, управляемые светом, демонстрируют эффективные зрительные и иммунологические функции на мышиной модели рака толстой кишки. Кроме того, БИК-флуоресценция сконструированных бактериальных комплексов использовалась для локализации опухолей, что эффективно прокладывает путь для будущего клинического применения.Говорит профессор Мияко.

Далее он добавляет: «Мы считаем, что эта бактериальная технология может быть доступна для клинических испытаний в течение 10 лет и иметь положительные последствия для диагностики и лечения рака.«

Мы надеемся, что бактериальная терапия поможет исследователям, онкологам и пациентам с раком получить столь необходимое облегчение.