Η φαντασία συναντά την επιστήμη σε νέα, καινοτόμα εφεύρεση, σύμφωνα με την οποία γενετικά τροποποιημένα βακτήρια- μεταφορείς φαρμάκων και αυστηρώς ελεγχόμενες μικροβιακές αποικίες αποτελούν τη βάση για καινούριες θεραπείες. Με την κατάλληλη τροποποίηση του γενετικού τους υλικού μπορούν να ξεγλιστρήσουν από το ανοσοποιητικό σύστημα του οργανισμού στον οποίο χορηγούνται. Εκεί λειτουργούν ως οχήματα και διανέμουν με αποτελεσματικότητα φάρμακα σε διάφορα μέρη του σώματος.
Οι μικροοργανισμοί και κυρίως τα βακτήρια, έχουν προταθεί σαν μια εναλλακτική θεραπεία για την αντιμετώπιση ασθενειών, μεταξύ των οποίων και ορισμένων τύπων καρκίνου. Με τις δυνατότητες που προσφέρουν οι εφαρμογές της γενετικής και της συνθετικής βιολογίας, όπως η γενετική τροποποίηση, τα βακτήρια μπορούν, πλέον, να τροποποιηθούν και να μετατραπούν σε ζωντανούς διανομείς φαρμάκων. Διατηρώντας τα χαρακτηριστικά των ζωντανών οργανισμών, είναι σε θέση να αντιληφθούν και να αντιδράσουν σε ερεθίσματα του περιβάλλοντος. Έτσι μπορούν να αποικίσουν περιοχές του γαστρεντερικού συστήματος, τους πνεύμονες, το δέρμα, τη στοματική κοιλότητα αλλά και τους όγκους στις περιπτώσεις ανθρώπων που πάσχουν από καρκίνο. Στα σημεία του σώματος όπου εγκαθίστανται μπορούν να απελευθερώσουν φάρμακα, προσδίδοντας σε αυτά τοπική και εξειδικευμένη δράση.
Για όλους τους προαναφερθέντες λόγους τα γενετικά τροποποιημένα βακτήρια θεωρήθηκαν μια εναλλακτική προσέγγιση που θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέα θεραπευτικά σχήματα, πιο αποδοτικά και εξειδικευμένα για τη θεραπεία ασθενειών. Οι ερευνητικές προσπάθειες ξεκίνησαν πριν από μια δεκαετία και η έρευνα ήδη αποδίδει καρπούς. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα βακτήρια που βρίσκονται στο έντερο των ζώων τα οποία αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της μικροχλωρίδας του. Ορισμένα είδη από αυτά τα βακτήρια έχουν υποστεί γενετική τροποποίηση, έχει, δηλαδή, αλλάξει το γενετικό τους υλικό, προκειμένου να παράγουν θεραπευτικά μόρια για την αντιμετώπιση μεταβολικών νοσημάτων, για να εξολοθρεύσουν παθογόνα μικρόβια ή για άλλες θεραπευτικές χρήσεις. Ένας σημαντικός περιορισμός της χρήσης των βακτηρίων είναι ότι αναγνωρίζονται ως ξένοι εισβολείς από το ανοσοποιητικό σύστημα και επομένως μεγάλη δόση συνεπάγεται αυξημένη τοξικότητα λόγω έντονης δράσης των κυττάρων του ανοσοποιητικού. Επομένως η τοξικότητα των ζωντανών βακτηρίων οδήγησε σε περιορισμό της χορηγούμενης ανεκτής δόσης και κατ’ επέκταση σε περιορισμένη αποτελεσματικότητα των θεραπειών. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να τερματιστούν πρόωρα αρκετές κλινικές δοκιμές. Παρόλα αυτά οι μοναδικές δυνατότητες που προσφέρουν τα βακτήρια σε σχέση με τους συμβατικούς μεταφορείς φαρμάκων, που είναι συνθετικές χημικές ενώσεις, επιτάχυναν τις ερευνητικές προσπάθειες στο συγκεκριμένο πεδίο. Πιο συγκεκριμένα ο συνεχής πολλαπλασιασμός των βακτηρίων, η μετακίνησή τους και η διανομή των φαρμάκων σε όγκους που βρίσκονται σε διάφορους ιστούς και όργανα, έστρεψαν το ενδιαφέρον των ερευνητών στην πιθανή χρήση τους για τη θεραπεία του καρκίνου.
Καμουφλαρισμένα βακτήρια καταστρέφουν καρκινικά κύτταρα
Για να αποτελέσουν αποτελεσματικό θεραπευτικό μέσο, τα τροποποιημένα βακτήρια θα έπρεπε να ξεγλιστρούν από το ανοσοποιητικό σύστημα του οργανισμού και ταυτόχρονα να έχουν μειωμένη τοξικότητα ακόμα κι όταν χορηγούνται σε μεγάλες ποσότητες. Τον τρόπο να «καμουφλάρονται» τα βακτήρια προκειμένου να κρύβονται από το ανοσοποιητικό σύστημα, με ελεγχόμενο χωρικά και χρονικά τρόπο, ανακοίνωσε επιστημονική ομάδα από το τμήμα μηχανικής του Πανεπιστημίου Κολούμπια των ΗΠΑ τον προηγούμενο μήνα. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τα βακτήρια Escherichia coli τα οποία κατόρθωσαν να τροποποιήσουν γενετικά έτσι ώστε να περιβάλλονται εξωτερικά από έναν μανδύα που τα κάνει προσωρινά μη ανιχνεύσιμα από τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος. Ο μανδύας που κάλυπτε την επιφάνεια των κυττάρων τους αποτελούνταν από ειδικά μόρια που υπάρχουν φυσιολογικά στα βακτήρια. Τα μόρια αυτά βοηθούν τα βακτήρια να προστατεύονται από το ανοσοποιητικό σύστημα των ξενιστών τους. Οι ερευνητές κατόρθωσαν να τροποποιήσουν το DNA των βακτηρίων έτσι ώστε τα συγκεκριμένα μόρια να παράγονται και να καλύπτουν την επιφάνειά τους με ελεγχόμενο τρόπο. Τα γενετικά τροποποιημένα βακτήρια χορηγήθηκαν σε ποντίκια και κατόρθωσαν να μεταφέρουν ένα φάρμακο που συρρίκνωσε τους όγκους που έφεραν τα ζώα στο σώμα τους. Το αντικαρκινικό φάρμακο ήταν μια τοξίνη που παράγεται από τα τροποποιημένα βακτήρια, η οποία σκοτώνει επιλεκτικά τα καρκινικά κύτταρα. Παρατηρήθηκε συρρίκνωση των όγκων σε ποντίκια- μοντέλα ζώων για καρκίνο του μαστού και του παχέος εντέρου.
Τα αποτελέσματα της έρευνάς τους, που δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Nature Biotechnology, ανοίγουν νέους ορίζοντες στη θεραπεία του καρκίνου. Ένα κομβικό σημείο αποτελεί η δυνατότητα ρύθμισης της χρονικής διάρκειας της επιβίωσης των βακτηρίων μέσα στον οργανισμό καθώς επίσης και της αύξησης της δόσης των βακτηρίων που είναι ανεκτή χωρίς τοξικές παρενέργειες. Επιπρόσθετα αναδείχθηκε ένα νέο σύστημα διανομής βακτηρίων ως θεραπευτικών εργαλείων σύμφωνα με το οποίο τα βακτήρια χορηγούνται στην περιοχή του όγκου και με ελεγχόμενο τρόπο μεταναστεύουν σε πιο απομακρυσμένους όγκους που εκδηλώνονται σε περιπτώσεις μεταστάσεων. Η επόμενη πρόκληση για τους ερευνητές είναι η περαιτέρω βελτίωση της γενετικής τροποποίησης των βακτηρίων και η μείωση της τοξικότητάς τους, με απώτερο στόχο την εφαρμογή της καινοτόμου θεραπείας σε πιο πολύπλοκους οργανισμούς και εν τέλει στον άνθρωπο.
Πηγή:
Harimoto T et al. A programmable encapsulation system improves delivery of therapeutic bacteria in mice. Nature Biotechnology, 2022; DOI: 10.1038/s41587-022-01244-y
