Улучшение терапии рака с помощью функционализированных фотосинтезирующих бактерий

Точное нацеливание на злокачественные опухоли — сложная задача. Однако использование специально сконструированных бактерий, способных эффективно уничтожать раковые клетки, может привести к смене парадигмы в лечении.

Бактериальную терапию можно усилить с помощью генной инженерии и нанотехнологий, но её эффективность ограничивают технические сложности и риск развития антибиотикорезистентности. Поэтому важно найти умеренный, но эффективный метод химической модификации бактерий, улучшающий их биосовместимость и функциональность без ущерба для медицинского потенциала.

В новом исследовании, опубликованном в Nano Today, сообщается об использовании химически модифицированных пурпурных фотосинтезирующих бактерий (PPSB) для обнаружения и уничтожения трудноизлечимых раковых клеток в модели мыши.

Исследование под руководством доцента Эйдзиро Мияко из Японского передового института науки и технологий (JAIST) выбрало бактерию Rhodopseudomonas palustris (RP) в качестве оптимальной. «RP продемонстрировала отличные свойства: флуоресценцию в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR), фототермическую конверсию и низкую цитотоксичность. Она поглощает NIR-свет и производит свободные радикалы — свойство, которое можно использовать для уничтожения раковых клеток», — объясняет профессор Мияко.

Для повышения терапевтической эффективности команда провела химическую модификацию бактериальных мембран:

1. Мембранная PEGилизация — присоединение производных полиэтиленгликоля к клеточной стенке. Это помогает уклоняться от иммунного ответа хозяина и преобразовывать световую энергию в тепло для селективного уничтожения раковых клеток.
2. Функционализация BAM — покрытие мембраны RP «Биосовместимым якорем для мембраны» (BAM). Это не повлияло на жизнеспособность клеток RP в течение как минимум недели и защитило бактерии от поглощения макрофагами.

Затем к RP, функционализированным BAM, присоединили:

• Флуоресцентный маркер (конъюгат Alexa488-BSA) для отслеживания.
• Антитело к PD-L1. Раковые клетки экспрессируют на поверхности белок PD-L1, который связывается с рецептором PD-1 и «выключает» иммунную защиту, позволяя опухоли ускользать от уничтожения. Антитела к PD-L1 блокируют это взаимодействие.

Результаты на модели рака толстой кишки у мышей:

• И RP, и комплекс anti-PD-L1–BAM–RP ингибировали рост опухоли.
• При облучении лазером anti-PD-L1–BAM–RP, BAM–RP и RP показали особенно выраженный противораковый эффект. Солидные опухоли полностью исчезали после лазерного облучения.
• Оба комплекса, anti-PD-L1–BAM–RP и природная RP, проявляли сильную фототермическую конверсию благодаря наличию светозависимых молекул бактериохлорофилла (BChl).
• Наибольшую эффективность на начальном этапе лечения показал anti-PD-L1–BAM–RP. При этом он не был токсичен для здоровых клеток и организма мыши.

«Наши результаты показали, что светозависимые функциональные бактерии демонстрируют эффективные оптические и иммунологические функции. Более того, NIR-флуоресценция инженерных бактериальных комплексов использовалась для локализации опухолей, что прокладывает путь для будущего клинического применения», — говорит профессор Мияко.

Он добавляет: «Мы считаем, что эта бактериальная технология может стать доступной для клинических испытаний через 10 лет и окажет положительное влияние на диагностику и терапию рака».