Управляемые светом бактерии могут быть использованы для нацеливания и уничтожения раковых клеток

Нацеливание на злокачественные опухоли с высокой точностью является сложной задачей для биомедицинских исследователей. Однако этот сценарий, вероятно, станет свидетелем смены парадигмы в ближайшем будущем благодаря использованию специально созданных бактерий, которые смогут эффективно уничтожать злокачественные клетки.

Использование бактерий для воздействия на раковые клетки или бактериальную терапию может быть дополнительно усовершенствовано с помощью генной инженерии и нанотехнологий. Однако его эффективность может быть снижена из-за технических ограничений и потенциального развития устойчивости к антибиотикам. Следовательно, крайне важно добиться умеренной, но эффективной химической модификации бактерий для улучшения биосовместимости и функциональности, чтобы не ставить под угрозу их медицинские способности.

Недавно некоторые типы пурпурных фотосинтезирующих бактерий (PPSB) оказались в центре внимания из-за их потенциала в решении проблем бактериальной терапии. В исследовании, опубликованном в Интернете 14 августа 2023 г. Нано сегодня сообщает об использовании химически модифицированного PPSB для обнаружения и устранения трудноизлечимых раковых клеток на мышиной модели.

Исследование, проведенное доцентом Эйджиро Мияко из Японского института передовых наук и технологий (JAIST), выбрало Родопсевдомонас болотный (RP) как оптимальная бактерия для проведения исследований. «RP продемонстрировал превосходные свойства, такие как флуоресценция в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR), фототермическое преобразование и низкая цитотоксичность. Это поглощает ближний ИК-свет и производит свободные радикалы — свойство, которое можно использовать для уничтожения раковых клеток». объясняет Профессор Мияко.

В попытке улучшить терапевтическое эффективность изолированного штамма, команда искала химические модификации, чтобы изменить бактериальные мембраны. Сначала они осуществили ПЭГилирование мембраны или прикрепление производных полиэтиленгликоля к клеточным стенкам бактерий. Предыдущие исследования показывают, что бактериальное ПЭГилирование помогает избежать иммунного ответа хозяина и преобразует световую энергию в тепло, которое затем можно использовать для избирательного уничтожения раковых клеток.

Первые результаты были обнадеживающими. Например, покрытие поверхности мембраны RP «Биосовместимым якорем для мембраны (BAM)» не оказывало отрицательного влияния на жизнеспособность клеток RP в течение как минимум недели. Более того, RP, функционализированные BAM, не уничтожались посредством фагоцитоза макрофагами — клетками, которые играют ключевую роль в защитных действиях иммунной системы против бактериальных инвазий.

Затем исследователи присоединили флуоресцентный конъюгат Alexa488-BSA к RP, функционализированным BAM, создав таким образом бактериальный комплекс с отслеживаемым флуоресцентным маркером. Этот конъюгат впоследствии был заменен антителом «PD-L1». Предыдущие исследования показали, что раковые клетки экспрессируют на своей поверхности белок под названием «Лиганд запрограммированной клеточной смерти 1 (PD-L1)». PD-L1 может плавно отключать защитную систему хозяина, связываясь с рецепторами PD-1. Это позволяет раковым клеткам уклоняться от иммунного обнаружения и устранения. Антитела против PD-L1 блокируют это взаимодействие, тем самым не позволяя раковым клеткам обойти разрушение, опосредованное иммунной системой.

Как и ожидалось, и анти-PD-L1-BAM-RP, и RP ингибировали рост опухоли на мышиной модели рака толстой кишки. Однако анти-PD-L1-BAM-RP, BAM-RP и RP при лазерном возбуждении показали особенно значительный противораковый эффект. Фактически, солидные опухоли полностью исчезли после лазерного облучения анти-PD-L1-BAM-RP, BAM-RP или RP, которые вводили мышам с опухолями. Кроме того, при оценке свойств фототермической конверсии как анти-PD-L1-BAM-RP, так и природный RP демонстрировали сильную фототермическую конверсию благодаря присутствию светоуправляемых молекул бактериохлорофилла (BChl).

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

“Наши выводы показали, что функциональные бактерии, управляемые светом, продемонстрировали эффективные оптические и иммунологические функции на мышиной модели рака толстой кишки. Более того, БИК-флуоресценция сконструированных бактериальных комплексов использовалась для локализации опухолей, что эффективно проложило путь для будущего клинического применения.», — говорит профессор Мияко.

Далее он добавляет: «Мы считаем, что эта бактериальная технология может быть доступна для клинических испытаний через 10 лет и иметь положительное значение для диагностики и терапии рака.“

Мы надеемся, что бактериальная терапия поможет исследователям, онкологам и пациентам с раком столь необходимого облегчения.