Forbedring af kræftbehandling ved hjælp af funktionaliserede fotosyntetiske bakterier

At målrette mod ondartede tumorer med høj præcision er udfordrende for biomedicinske forskere. Men dette scenarie vil sandsynligvis være vidne til et paradigmeskift i den nærmeste fremtid gennem brugen af ​​specielt konstruerede bakterier, der effektivt kan eliminere maligne celler.

Brug af bakterier til at målrette mod kræftceller eller bakteriel terapi kan forbedres yderligere gennem genteknologi og nanoteknologi. Dets effektivitet kan dog blive hæmmet på grund af tekniske begrænsninger og den potentielle udvikling af antibiotikaresistens. Derfor er det afgørende at opnå den moderate, men effektive kemiske modifikation af bakterier for forbedret biokompatibilitet og funktionalitet, således at deres medicinske evner ikke kompromitteres.

For nylig er visse typer lilla fotosyntetiske bakterier (PPSB) kommet i rampelyset for deres potentiale til at løse udfordringerne ved bakteriel terapi. For at udforske dette yderligere publicerede forskere en undersøgelse i Nano Today der rapporterer brugen af ​​kemisk modificeret PPSB til at detektere og eliminere svære at udrydde kræftceller i en musemodel.

Undersøgelsen, ledet af lektor Eijiro Miyako fra Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), valgte Rhodopseudomonas palustris (RP) som den optimale bakterie til at udføre undersøgelserne. "RP demonstrerede fremragende egenskaber, såsom nær-infrarød (NIR) fluorescens, fototermisk omdannelse og lav cytotoksicitet. Det absorberer NIR-lys og producerer frie radikaler - en egenskab, der kan bruges til at dræbe kræftceller," forklarer prof. Miyako.

I et forsøg på at forbedre den terapeutiske effektivitet af den isolerede stamme søgte holdet kemiske modifikationer for at ændre bakteriemembranerne. Først udførte de membran-PEGylering eller vedhæftning af polyethylenglycolderivater til bakteriecellevæggene. Tidligere forskning viser, at bakteriel PEGylering hjælper med at undgå værtens immunrespons og omdanner lysenergi til varme, som derefter kan bruges til selektivt at eliminere kræftceller.

De første resultater var opmuntrende. For eksempel påvirkede belægning af RP-membranoverfladen med et biokompatibelt anker til membran (BAM) ikke negativt RP-cellernes levedygtighed i mindst en uge. Desuden blev de BAM-funktionaliserede RP'er ikke elimineret via fagocytose af makrofager - celler, der spiller en nøglerolle i immunsystemets defensive handlinger mod bakterielle invasioner.

Dernæst vedhæftede forskerne et fluorescerende Alexa488-BSA-konjugat til de BAM-funktionaliserede RP'er og skabte således et bakteriekompleks med en sporbar fluorescerende markør. Dette konjugat blev efterfølgende erstattet med et PD-L1-antistof. Tidligere undersøgelser har vist, at kræftceller udtrykker et protein kaldet Programmed Cell Death Ligand 1 (PD-L1) på deres overflade. PD-L1 kan uden problemer slukke for værtsforsvarssystemet ved at binde sig til PD-1-receptorer. Dette gør det muligt for kræftcellerne at undgå immundetektion og eliminering. Anti-PD-L1 antistoffer blokerer denne interaktion og forhindrer dermed kræftceller i at omgå immunsystemmedieret ødelæggelse.

Som forventet hæmmede både anti-PD-L1-BAM-RP og RP tumorvækst i en murin model af tyktarmskræft. Imidlertid viste anti-PD-L1-BAM-RP, BAM-RP og RP, når de blev exciteret med en laser, en særlig dramatisk anticancer-effekt. Faktisk forsvandt solide tumorer fuldstændigt efter laserbestråling af anti-PD-L1-BAM-RP, BAM-RP eller RP, der blev injiceret i tumorbærende mus. Ved vurdering af fototermiske omdannelsesegenskaber udviste både anti-PD-L1-BAM-RP og naturlig RP endvidere stærk fototermisk omdannelse på grund af tilstedeværelsen af ​​lysdrevne bakteriochlorophyll (BChl)-molekyler.

Blandt de forskellige biokonjugater viste anti-PD-L1-BAM-RP den højeste effektivitet i den indledende fase af behandlingen. Desuden var det ikke giftigt for omgivende sunde celler eller for den murine vært. Efterfølgende eksperimenter afslørede den underliggende mekanisme for udslettelse af colontumor i musemodellen.

"Vores resultater afslørede, at lysdrevne funktionelle bakterier demonstrerede effektive optiske og immunologiske funktioner i den murine model af tyktarmskræft. Desuden blev NIR-fluorescensen af ​​de konstruerede bakteriekomplekser brugt til at lokalisere tumorer, hvilket effektivt banede vejen for fremtidig klinisk oversættelse." siger prof. Miyako.

Han tilføjer yderligere:"Vi tror, ​​at denne bakterielle teknologi kan være tilgængelig for kliniske forsøg om 10 år og have positive konsekvenser for kræftdiagnose og terapi."

Flere oplysninger: Sheethal Reghu et al., Cancer immunotheranostics using bioactive nanocoated photosynthetic bakterielle komplekser, Nano Today (2023). DOI:10.1016/j.nantod.2023.101966

Journaloplysninger: Nano i dag

Leveret af Japan Advanced Institute of Science and Technology