Биоинженерная платформа использует бактерии для внедрения вирусов в опухоли
Исследователи из Колумбийского университета инженерных наук разработали противораковую терапию, которая заставляет бактерии и вирусы работать в команде. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Biomedical Engineering , Лаборатория синтетических биологических систем показывает, как их система скрывает вирус внутри бактерии, стремящейся к опухолям, проносит его мимо иммунной системы и высвобождает внутри раковых опухолей.
Новая платформа объединяет тенденцию бактерий находить и атаковать опухоли с естественной склонностью вируса заражать и убивать раковые клетки.
Тэл Данино, доцент кафедры биомедицинской инженерии Колумбийского инженерного университета, возглавил группу по созданию системы, получившей название CAPPSID (сокращение от Coordinated Activity of Prokaryote and Picornavirus for Safe Intracellular Delivery). Чарльз М. Райс, эксперт по вирусологии из Рокфеллеровского университета, сотрудничал с группой из Колумбийского университета.
«Мы стремились усовершенствовать бактериальную терапию рака , позволив бактериям доставлять и активировать терапевтический вирус непосредственно внутри опухолевых клеток , одновременно разрабатывая меры предосторожности для ограничения распространения вируса за пределы опухоли», — говорит соавтор Джонатан Пабон, соискатель степени доктора медицины и доктора философии в Колумбийском университете.
Исследователи полагают, что эта технология, проверенная на мышах, представляет собой первый пример прямого генно-инженерного взаимодействия бактерий и вирусов , воздействующих на рак .
Подход сочетает в себе инстинктивное стремление бактерий к поражению опухолей со способностью вируса заражать и убивать раковые клетки.
«Объединяя бактериальную инженерию с синтетической вирусологией, мы стремимся открыть путь к мультиорганизменной терапии, которая может дать гораздо больше, чем любой отдельный микроб», — говорит Закари С. Сингер, соавтор и бывший научный сотрудник лаборатории Тала Данино.
«Возможно, это наша самая технически продвинутая и новая платформа на сегодняшний день», — говорит Данино, который также сотрудничает с Центром комплексного лечения онкологических заболеваний имени Герберта Ирвинга при Медицинском центре Колумбийского университета в Ирвинге и Институтом науки о данных Колумбийского университета.
Обойти иммунную систему
Одно из самых больших препятствий в терапии онколитических вирусов — это собственная защитная система организма. Если у пациента есть антитела к вирусу — после перенесённой инфекции или вакцинации — эти антитела могут нейтрализовать его до того, как он достигнет опухоли. Команда из Колумбийского университета обошла эту проблему, поместив вирус внутрь бактерий, стремящихся к опухолям.
«Мы запрограммировали бактерии действовать как плащ-невидимка, скрывая вирус от циркулирующих антител и доставляя его туда, где он нужен», — говорит Сингер.
Пабон говорит, что эта стратегия особенно важна в отношении вирусов, с которыми люди сталкиваются в повседневной жизни.
«Наша система демонстрирует, что бактерии потенциально могут быть использованы для запуска онколитического вируса для лечения солидных опухолей у пациентов, у которых выработался иммунитет к этим вирусам», — говорит он.
Воздействие на опухоль
Бактериальная половина системы представлена Salmonella typhimurium – видом, который естественным образом мигрирует в среду опухолей с низким содержанием кислорода и высоким содержанием питательных веществ. Попав туда, бактерии проникают в раковые клетки и высвобождают вирус непосредственно в опухоль.
«Мы запрограммировали бактерии действовать как троянский конь, перенося вирусную РНК в опухоли, а затем лизируя себя непосредственно внутри раковых клеток, чтобы высвободить вирусный геном , который затем может распространяться между раковыми клетками», — говорит Сингер.
Используя инстинкт бактерии самонаводиться на опухоль и способность вируса размножаться внутри раковых клеток, исследователи создали систему доставки, способную проникать в опухоль и распространяться по ней — проблема, которая ограничивала как подходы, основанные только на бактериях, так и подходы, основанные только на вирусах.
Защита от внезапных инфекций
Ключевая задача любой терапии живыми вирусами — контролировать их распространение за пределы опухоли. Разработанная командой система решила эту проблему с помощью молекулярного трюка: вирус не мог распространяться без молекулы, которую он может получить только от бактерий. Поскольку бактерии остаются в опухоли, этот жизненно важный компонент (протеаза) недоступен больше нигде в организме.
«Распространяемые вирусные частицы могут формироваться только вблизи бактерий, которые необходимы для обеспечения специального механизма, необходимого для созревания вируса в сконструированном вирусе, обеспечивая синтетическую зависимость между микробами», — говорит Сингер. Эта мера предосторожности добавляет второй уровень контроля: даже если вирус покидает опухоль, он не распространится в здоровых тканях.
«Именно такие системы, специально ориентированные на повышение безопасности живых методов лечения, будут иметь решающее значение для внедрения этих достижений в клиническую практику», — говорит Сингер.
Дальнейшие исследования и клинические применения
Данная публикация знаменует собой значительный шаг на пути к тому, чтобы сделать этот тип бактериально-вирусной системы доступным для будущих клинических применений.
«Как врач-учёный, я стремлюсь внедрить живые лекарства в клиническую практику», — говорит Пабон. «В настоящее время ведутся работы по внедрению нашей технологии в клиническую практику, чтобы вывести её за пределы лабораторных исследований».
Данино, Райс, Сингер и Пабон подали заявку на патент (WO2024254419A2) в Ведомство по патентам и товарным знакам США, связанную с этой работой.
Заглядывая в будущее, команда тестирует этот подход на более широком спектре видов рака, используя различные типы опухолей, мышиные модели, вирусы и полезные нагрузки, с целью разработки «инструментария» вирусной терапии, который сможет определять и реагировать на определенные состояния внутри клетки.
Они также оценивают, как эту систему можно объединить со штаммами бактерий, которые уже продемонстрировали безопасность в клинических испытаниях.