Programmare i batteri per combattere il cancro
La capacità di programmare le cellule viventi per comportarsi in modi specifici in determinate condizioni sta creando nuove opportunità in medicina. Un recente studio sui topi in cui i ricercatori hanno programmato i batteri per aiutare a combattere il cancro è un esempio.
Alcuni tumori prosperano e si diffondono perché le loro cellule inviano un segnale "non mangiarmi" che fa sì che il sistema immunitario li lasci in pace. Le cellule tumorali che non inviano il segnale sono vulnerabili ai macrofagi e ad altre cellule immunitarie che possono inghiottirle e digerirle.
Ora, gli scienziati della Columbia University nella città di New York hanno dimostrato che è possibile programmare i batteri per disattivare il segnale non mangiarmi e indurre una risposta immunitaria antitumorale.
L'approccio è un esempio di biologia sintetica, un campo emergente in cui i trattamenti medici promettono di essere più efficaci e specifici di molti metodi molecolari.
In un recente Medicina della natura paper, i ricercatori descrivono come hanno programmato i batteri e li hanno usati per ridurre i tumori e aumentare la sopravvivenza in un modello murino di linfoma.
Hanno visto che il trattamento non solo riduceva i tumori che avevano iniettato, ma che rispondevano anche tumori secondari distanti o metastasi.
"Vedere i tumori non trattati rispondere insieme al trattamento delle lesioni primarie è stata una scoperta inaspettata", dice l'autore co-senior Tal Danino, assistente professore di ingegneria biomedica alla Columbia University.
Esempio di effetto abscopale
Danino afferma che ciò a cui hanno assistito è stata la prima dimostrazione di un "effetto abscopale" nel trattamento del cancro che utilizza i batteri.
"Ciò significa", aggiunge, "che saremo in grado di progettare batteri per innescare i tumori a livello locale e quindi stimolare il sistema immunitario a cercare tumori e metastasi troppo piccoli per essere rilevati con l'imaging o altri approcci".
Nella terapia del cancro, l'effetto abscopale è la capacità di provocare una risposta antitumorale che distrugge le cellule tumorali lontane dal bersaglio primario.
Le cellule che inviano segnali di non mangiarmi sono comuni non solo nei tumori ma anche nei tessuti sani. Ciò rappresenta una sfida per gli sviluppatori di immunoterapie che prendono di mira il segnale.
Danino e colleghi hanno affrontato questa sfida programmando i batteri in modo che rilasciassero il loro carico utile di silenziamento del segnale solo quando potevano percepire che si trovavano all'interno del "microambiente tumorale".
E. coli con nanobody codificati
Il carico utile stesso aveva la forma di "un nanobody codificato" e il batterio utilizzato era un "non patogeno Escherichia coli sforzo."
Nei tumori, E. coli i batteri proliferano nei nuclei necrotici o nelle sacche di cellule morenti.
Il team ha programmato i batteri per rilevare il quorum, il che significa che quando hanno raggiunto una certa dimensione della popolazione, sono morti e hanno rilasciato il loro carico utile di nanobodies codificati.
Questa strategia ha impedito ai batteri di penetrare in altri tessuti e di silenziare i segnali di non mangiarmi nelle loro cellule. Tuttavia, ha anche lasciato abbastanza cellule batteriche per iniziare una nuova popolazione, creando cicli ripetuti di somministrazione di farmaci nel tumore.
Il team aveva già dimostrato una simile strategia di somministrazione dei farmaci in lavori precedenti.
Nel nuovo studio, hanno dimostrato che può anche disattivare selettivamente i segnali non mangiarmi nelle cellule tumorali prendendo di mira il CD47, la proteina che invia il segnale.
Priming delle cellule T infiltranti il tumore
Il team suggerisce che il trattamento funziona perché fa due cose. In primo luogo, la presenza di batteri vivi induce un'infiammazione locale nel tumore. Questo richiama il sistema immunitario.
La seconda cosa che fa il trattamento è attivare le cellule immunitarie, come i macrofagi, per ingerire le cellule tumorali perché spegne il loro segnale CD47 non mangiarmi. A sua volta, questa risposta immunitaria innesca "cellule T infiltranti il tumore" che poi migrano verso metastasi distanti.
I ricercatori suggeriscono che i risultati sono "prova di concetto per un effetto abscopale indotto da un'immunoterapia batterica ingegnerizzata" e concludono:
"Pertanto, i batteri ingegnerizzati possono essere utilizzati per la consegna sicura e locale di carichi utili immunoterapeutici che portano all'immunità antitumorale sistemica".
Stanno già testando la sicurezza e l'efficacia del metodo con altri tipi di cancro nei topi. Successivamente, sperano di procedere alle sperimentazioni cliniche sugli esseri umani.
