Улучшение терапии рака с использованием функционализированных фотосинтезирующих бактерий

29 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

корректура

Японский институт передовых наук и технологий

Нацеливание на злокачественные опухоли с высокой точностью является сложной задачей для биомедицинских исследователей. Однако этот сценарий, вероятно, станет свидетелем смены парадигмы в ближайшем будущем за счет использования 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. Изучая это дальше, исследователи опубликовали исследование в Nano Today, в котором сообщается об использовании химически модифицированного PPSB для обнаружения и устранения трудноизлечимых раковых клеток на мышиной модели.

В исследовании, проведенном доцентом Эйджиро Мияко из Японского института передовых наук и технологий (JAIST), в качестве оптимальной бактерии для проведения исследований была выбрана Rhodopseudomonas palustris (RP). «RP продемонстрировал превосходные свойства, такие как флуоресценция в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR), фототермическое преобразование и низкую цитотоксичность. Он поглощает ближний ИК-свет и производит свободные радикалы — свойство, которое можно использовать для уничтожения раковых клеток», — объясняет профессор Мияко.

Пытаясь улучшить терапевтическую эффективность выделенного 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, называемый лигандом программируемой 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 продемонстрировали сильную фототермическую конверсию из-за присутствия светоуправляемых молекул бактериохлорофилла (BChl).