Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Columbia, ανέπτυξαν μια επαναστατική θεραπεία για τον καρκίνο που κάνει τα βακτήρια και τους ιούς να συνεργάζονται σαν… ομάδα κρούσης.
Σε μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature Biomedical Engineering, το Εργαστήριο Συνθετικών Βιολογικών Συστημάτων παρουσίασε ένα σύστημα που «κρύβει» έναν ιό μέσα σε ένα βακτήριο, το οποίο λειτουργεί ως «Δούρειος Ίππος» και στοχεύει όγκους.
Η νέα πλατφόρμα συνδυάζει τη φυσική ικανότητα των βακτηρίων να εντοπίζουν και να επιτίθενται σε όγκους με την προδιάθεση των ιών να μολύνουν και να καταστρέφουν καρκινικά κύτταρα.
Ο επικεφαλής της ομάδας, καθηγητής Tal Danino, ονόμασε το σύστημα CAPPSID (συντομογραφία του Coordinated Activity of Prokaryote and Picornavirus for Safe Intracellular Delivery), δηλαδή «Συντονισμένη Δράση Προκαρυώτη και Πικονοϊού για Ασφαλή Ενδοκυτταρική Παράδοση».
Στην έρευνα συμμετείχε και ο ειδικός στην ιολογία Charles M. Rice από το Πανεπιστήμιο Rockefeller.
«Στόχος μας ήταν να βελτιώσουμε τη βακτηριακή θεραπεία του καρκίνου, επιτρέποντας στα βακτήρια να παραδίδουν και να ενεργοποιούν έναν θεραπευτικό ιό απευθείας μέσα στα καρκινικά κύτταρα, ενώ παράλληλα να περιορίζουμε τη διασπορά του ιού εκτός του όγκου», εξηγεί στο Science Daily ο εκ των συγγραφέων της μελέτης Jonathan Pabón, υποψήφιος διδάκτορας Ιατρικής και Βιοϊατρικής Μηχανικής στο Columbia.
Η τεχνολογία, η οποία έχει ήδη δοκιμαστεί με επιτυχία σε πειράματα σε ποντίκια, θεωρείται το πρώτο παράδειγμα άμεσης συνεργασίας μεταξύ γενετικά τροποποιημένων βακτηρίων και ιών που στοχεύουν καρκινικά κύτταρα.
«Με τη γεφύρωση της βακτηριακής μηχανικής με τη συνθετική ιολογία, θέλουμε να ανοίξουμε τον δρόμο για θεραπείες πολλαπλών μικροοργανισμών, που μπορούν να πετύχουν πολύ περισσότερα απ’ όσα θα μπορούσε ποτέ ένας μόνο μικροοργανισμός», σημειώνει στο ίδιο μέσο ο Zakary S. Singer, επίσης συγγραφέας της μελέτης και πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Danino.
Πώς παρακάμπτεται το ανοσοποιητικό σύστημα
Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια στη χρήση ογκοκαταλυτικών ιών είναι το ίδιο το ανοσοποιητικό σύστημα του ασθενούς. Αν ο οργανισμός έχει ήδη αναπτύξει αντισώματα από προηγούμενη λοίμωξη ή εμβολιασμό, ο ιός εξουδετερώνεται προτού φτάσει στον όγκο. Η ομάδα του Columbia ξεπέρασε αυτό το εμπόδιο «κρύβοντας» τον ιό μέσα στα βακτήρια που κατευθύνονται στους όγκους.
«Τα βακτήρια λειτουργούν σαν μανδύας αορατότητας, κρύβοντας τον ιό από τα αντισώματα και μεταφέροντάς τον εκεί που χρειάζεται», αναφέρει ο Singer, παρουσιάζοντας την εντυπωσιακή μέθοδο που ανέπτυξαν οι επιστήμονες.
Ο Pabón επισημαίνει ότι αυτή η στρατηγική είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για ιούς στους οποίους έχει ήδη εκτεθεί ο πληθυσμός. «Το σύστημά μας δείχνει ότι τα βακτήρια μπορούν ενδεχομένως να χρησιμοποιηθούν για να μεταφέρουν έναν ογκοκαταλυτικό ιό, ακόμα και σε ασθενείς που έχουν ήδη αναπτύξει ανοσία σε αυτόν», προσθέτει.
Εισβολή στον όγκο και ενεργοποίηση του ιού
Το βακτήριο που χρησιμοποιήθηκε είναι το Salmonella typhimurium, ένα είδος που με φυσικό τρόπο κατευθύνεται προς περιβάλλοντα με χαμηλό οξυγόνο και υψηλή θρεπτική αξία, χαρακτηριστικά των καρκινικών όγκων.
Εκεί, τα βακτήρια εισβάλλουν στα καρκινικά κύτταρα και απελευθερώνουν τον ιό μέσα στο εσωτερικό του όγκου.
«Προγραμματίσαμε τα βακτήρια να λειτουργούν σαν “Δούρειος Ίππος”, μεταφέροντας το ιικό RNA στον όγκο και στη συνέχεια να αυτοκαταστρέφονται μέσα στα καρκινικά κύτταρα, απελευθερώνοντας το γονιδίωμα του ιού, το οποίο μπορεί μετά να εξαπλωθεί στα υπόλοιπα καρκινικά κύτταρα», εξηγεί ο Singer.
Το αποτέλεσμα είναι ένα σύστημα παράδοσης που όχι μόνο φτάνει στον όγκο, αλλά μπορεί να διεισδύσει και να εξαπλωθεί στο εσωτερικό του, κάτι που περιορίζει τη δυνατότητα τόσο των βακτηρίων όσο και των ιών όταν χρησιμοποιούνται μεμονωμένα.
Δικλίδες ασφαλείας για τον περιορισμό του ιού
Ένα από τα βασικά προβλήματα με τη χρήση ζωντανών ιών ως θεραπεία είναι ο κίνδυνος ανεξέλεγκτης διασποράς.
Οι ερευνητές αντιμετώπισαν αυτό το πρόβλημα με ένα μοριακό κόλπο: ο ιός δεν μπορεί να ωριμάσει και να εξαπλωθεί χωρίς την παρουσία ενός συγκεκριμένου μορίου (πρωτεϊνάση), που παράγεται μόνο από τα βακτήρια. Εφόσον τα βακτήρια παραμένουν στον όγκο, το ίδιο συμβαίνει και με τον ιό.
«Οι μολυσματικοί ιοί μπορούν να σχηματιστούν μόνο κοντά στα βακτήρια, τα οποία παρέχουν τα απαραίτητα μοριακά “εργαλεία” για την ωρίμανσή τους, δημιουργώντας έτσι μια συνθετική εξάρτηση μεταξύ μικροοργανισμών», λέει ο Singer.
Αυτό προσθέτει μια δεύτερη γραμμή άμυνας: ακόμη κι αν ο ιός διαφύγει από τον όγκο, δεν μπορεί να αναπαραχθεί σε υγιείς ιστούς.
«Αυτά τα συστήματα — που σχεδιάζονται ειδικά για την ενίσχυση της ασφάλειας των ζωντανών θεραπειών — είναι κρίσιμα για την κλινική τους εφαρμογή», προσθέτει.
Το επόμενο βήμα: από το εργαστήριο στην κλινική πράξη
Η δημοσίευση αποτελεί σημαντικό βήμα προς την αξιοποίηση τέτοιων συνδυαστικών συστημάτων στην κλινική πράξη.
«Ως γιατρός-επιστήμονας, στόχος μου είναι να φέρω τις θεραπείες στην κλινική», δηλώνει ο Pabón.
«Γίνονται ήδη προσπάθειες για να μεταφέρουμε την τεχνολογία που αναπτύξαμε εκτός εργαστηρίου».
Οι Danino, Rice, Singer και Pabón έχουν καταθέσει αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας για τη συγκεκριμένη τεχνική στις ΗΠΑ. Η ομάδα δοκιμάζει πλέον την προσέγγιση αυτή σε ευρύτερο φάσμα καρκίνων, χρησιμοποιώντας διαφορετικούς τύπους όγκων, αλλά και ιών, με στόχο την ανάπτυξη μιας «εργαλειοθήκης» που να ανταποκρίνεται σε συγκεκριμένες κυτταρικές συνθήκες.
Εξετάζουν επίσης πώς το σύστημα μπορεί να συνδυαστεί με στελέχη βακτηρίων που έχουν ήδη αποδείξει την ασφάλειά τους σε κλινικές δοκιμές.
