2022-04-14

Nat Biotech | 基因编码的微生物药物递送系统，可调节和动态表达

原创 图灵基因 图灵基因 2022-04-14 07:03

收录于话题#前沿分子生物学技术

Columbia Engineering的研究人员开发了一种系统，可以暂时将治疗性细菌从免疫系统中隐藏起来，并允许它们将药物输送到肿瘤中，杀死小鼠体内的癌细胞。

他们的研究结果发表在《Nature Biotechnology》杂志上的一篇题为“A programmable encapsulation system improves delivery of therapeutic bacteria in mice”的论文中。

“活菌疗法已被提议作为治疗多种癌症的替代方法。”研究人员写道，“在这项研究中，我们开发了一种基因编码的微生物封装系统，其表面胶囊多糖的可调节和动态表达可增强全身递送。”

“这项工作真正令人兴奋的是，我们能够动态控制系统。”生物医学工程副教授Tal Danino博士说，他与Samuel H. Sheng生物医学工程教授Kam Leong博士共同领导了这项研究。“我们可以调节细菌在人体血液中存活的时间，并增加细菌的最大耐受剂量。我们还展示了我们的系统开辟了一种新的细菌输送策略，在该策略中，我们可以将细菌注射到一个可触及的肿瘤中，并让它们可控地迁移到远端肿瘤，例如转移瘤、扩散到身体其他部位的癌细胞。”

研究小组专注于荚膜多糖（CAP），一种覆盖细菌表面的糖聚合物。“我们劫持了益生菌E.coli菌株Nissle 1917的CAP系统。”该研究的共同第一作者、Danino实验室的博士生Tetsuhiro Harimoto说，“有了CAP，这些细菌可以暂时逃避免疫攻击；如果没有CAP，它们就会失去封装保护，可以在体内清除。因此我们决定尝试建立一个有效的开关。”

研究人员设计了一种新的CAP系统，他们称之为诱导型CAP或iCAP。他们发现，他们可以通过调整给予iCAP大肠杆菌的IPTG（异丙基-b-D-硫代半乳糖苷）的量来控制细菌在人体血液中存活的时间。

虽然使用细菌进行治疗是治疗多种癌症的一种新的替代方法，但仍有许多障碍需要克服，例如被人体免疫系统检测为异物和危险，从而导致高炎症反应。

共同领导该项目的Daninoand Leong实验室的博士后研究科学家Jaeseung Hahn博士指出：“在临床试验中，这些毒性已被证明是关键问题，限制了我们给细菌的剂量并影响疗效。由于严重的毒性，一些试验不得不终止。”

该团队使用小鼠肿瘤模型证明，通过iCAP，他们可以将细菌的最大耐受剂量增加十倍。他们将大肠杆菌菌株封装起来，使其能够逃避免疫系统并到达肿瘤。

该团队还展示了体内可控的细菌迁移。

Leong补充道：“与传统药物治疗相比，细菌性癌症治疗具有独特的优势，例如有效靶向肿瘤组织和可编程药物释放。潜在的毒性限制了它的全部潜力。本研究中提出的隐形方法可能会解决这一关键问题。”