Медицина
Медицина

Активовані ультразвуком бактерії сповільнили ріст пухлин у мишей

Американським вченим вдалося уповільнити ріст пухлини за допомогою бактерій, що вивільняють протипухлинні препарати у відповідь на локальне підвищення температури. Бактерії запрограмували при нагріванні синтезувати блокатори двох рецепторів, що пригнічують імунну відповідь організму. Досліди на мишах показали, що таке локальне застосування препаратів не менш ефективне, ніж системне, яке може призводити до аутоімунних побічних ефектів. Про свою розробку вчені розповіли у журналі Nature Communications.

Mohamad H. Abedi et al. / Nature Communications, 2022

Mohamad H. Abedi et al. / Nature Communications, 2022

Чому рак треба лікувати локально?

Більшість ліків проти раку зазвичай мають сильні та неприємні побічні дії, наприклад, випадіння волосся при хімієтерапії. Це відбувається внаслідок системної дії ліків, тобто впливу не тільки на ракові клітини, але й на здорові. Однак вчені активно розробляють методи активування препаратів в окремих ділянках тіла за допомогою світла, звуку, тепла тощо. Саме за допомогою звуку вчені з Каліфорнійського технологічного інституту активували бактеріальний синтез протипухлинного імунного препарату безпосередньо в пухлині.

Який саме імунний препарат синтезували?

Деякі ракові клітини мають на своїй поверхні білки, що пригнічують імунну відповідь організму. Ці білки взаємодіють із так званими контрольними точками — рецепторами на поверхні регуляторних Т-клітин, які здійснюють ідентифікацію «свій-чужий». Тобто ракові клітини таким чином обдурюють імунну систему, прикидаючись «своїми». Заблокувавши цю взаємодію, можна відновити роботу Т-клітинного імунітету в уражених тканинах. Проте при системному введенні підсилена імунна відповідь може виникнути й у здорових тканинах, що є небажаним наслідком. До речі, за вивчення рецепторів контрольних точок та їх блокаторів було вручено Нобелівську премію.

Як перепрограмовували бактерії?

Методами генної інженерії бактерії кишкової палички (Escherichia coli) перепрограмували таким чином, щоб у відповідь на нагрівання вони синтезували лікарський засіб, а саме — блокатор контрольних точок. Для початку бактеріям внесли ген зеленого флуоресцентного білка та ген терморегулюючого білка. В результаті клітини бактерій при нагріванні до 42 градусів Цельсія світилися зеленим кольором, що дозволило візуалізувати бактерії та налаштовувати роботу генетичної схеми.

Під генетичною схемою тут розуміється послідовність генів, яка має два стани, залежно від температури: увімкнений або вимкнений. При нагріванні до 42 градусів Цельсія схема вмикається та відбувається синтез білків, закодованих у генетичній схемі.

Деякі елементи схеми підбирали за допомогою скринінгу 10 мільярдів варіацій у генетичному коді. Далі перейшли до раціонального дизайну та додали елемент, який подовжує ефект терморегулятора, оскільки протиракова терапія має тривати тижнями. А для більш ефективного температурного контролю до схеми додали термочутливий елемент, який зупиняє експресію наступних за ним генів при 37 градусах Цельсія. І найважливіший елемент — гени антитіл до CTLA-4 та PD-L1 рецепторів (ті самі блокатори контрольних точок). Після підтвердження синтезу антитіл бактеріями у заданих умовах перейшли до дослідів на мишах.

Чи вдалося зменшити пухлини у мишей?

Тестовій групі мишей спочатку вводили ракові клітини ін’єкцією у правий бік, і через 7 днів у них розвинулася пухлина розміром приблизно 100 кубічних міліметрів. Після цього їм внутрішньовенно ввели розчин перепрограмованих бактерій, а ще через два дні пухлину піддавали дії ультразвуку, у результаті чого ця ділянка нагрівалася до 42 градусів Цельсія. А далі оцінювали швидкість росту пухлини.

Виявилося, що у мишей, які піддавалися ін'єкціям запрограмованих клітин та дії ультразвуку, пухлини росли помітно повільніше, ніж у трьох контрольних групах мишей (перша група отримувала ін'єкцію немодифікованих бактерій, друга — піддавалася лише дії ультразвуку, третя — отримувала лише перепрограмовані бактерії без активації ультразвуком). Крім того, лікування клітинами бактерій у поєднанні з ультразвуком показало майже таку ж ефективність у вповільненні росту пухлини, як і системне введення відповідних антитіл та введення попередньо активованих клітин.

Зміна розміру пухлини у різних груп мишей впродовж двох тижнів після (зверху вниз): 1) введення немодифікованих бактерій, 2) обробки ультразвуком, 3) введення перепрограмованих бактерій, 4) введення перепрограмованих бактерій + ультразвук, 5) введення попередньо активованих перепрограмованих бактерій, 6) системне введення антитіл. Mohamad H. Abedi et al. / Nature Communications, 2022

Зміна розміру пухлини у різних груп мишей впродовж двох тижнів після (зверху вниз): 1) введення немодифікованих бактерій, 2) обробки ультразвуком, 3) введення перепрограмованих бактерій, 4) введення перепрограмованих бактерій + ультразвук, 5) введення попередньо активованих перепрограмованих бактерій, 6) системне введення антитіл. Mohamad H. Abedi et al. / Nature Communications, 2022

Автори зазначають, що перепрограмовані бактерії можуть бути використані у комбінації з модифікованими Т-клітинами. Так блокатори контрольних точок допоможуть імунній системі правильно ідентифікувати ракові клітини як «чужих» і дадуть сигнал на знищення, після чого до роботи стануть введені модифіковані Т-клітини. Така комбінація може синергійно посилити терапевтичну дію обох засобів.