Uuden järjestelmän avulla tutkijat voivat tutkia bakteereja astian minikudoksissa

Suunnittele bakteereja älykkäästi havaitsemaan ja reagoimaan sairaustilaan, infektioista syöpään, on tullut lupaava synteettisen biologian painopiste. Nopea kehitys geenitekniikan työkaluissa on mahdollistanut tutkijoiden "ohjelmoinnin" soluille suorittamaan erilaisia ​​hienostuneita tehtäviä. Esimerkiksi, geeniverkosto voidaan kytkeä yhteen muodostaakseen geneettisen piirin, jossa solut voidaan suunnitella tunnistamaan ympäristö ja moduloimaan käyttäytymistään tai tuottamaan molekyylejä vastauksena.

Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että monet bakteerit asuttavat valikoivasti kasvaimia in vivo, kehotti tutkijoita suunnittelemaan ne ohjelmoitaviksi ajoneuvoiksi, toisin sanoen biologiset "robotit", antamaan syöpälääkkeitä. Tutkijat kehittävät myös uusia, "älykkäitä" lääkkeitä ohjelmoimalla bakteereja torjumaan muita sairauksia, kuten ruoansulatuskanavan sairaudet ja infektiot. Avain tällaisten "elävien lääkkeiden" edistämiseen on kyky tunnistaa parhaat terapeuttiset ehdokkaat.

Kuitenkin, kun nykyiset synteettiset biologiset työkalut voivat luoda valtavan määrän ohjelmoituja soluja, tutkijoiden riippuvuus eläinkokeista on rajoittanut suuresti testattavien hoitojen määrää ja kuinka nopeasti. Itse asiassa, kyky suunnitella nopeasti uusia hoitomuotoja ihmisille paljon nopeammin kuin eläinkokeet, luoda suuri pullonkaula kliiniselle kääntämiselle.

Columbia Engineeringin tutkijat raportoivat tänään PNAS:ssa, että he ovat kehittäneet järjestelmän, jonka avulla he voivat tutkia kymmeniä tai satoja ohjelmoituja bakteereja astian minikudoksissa, tiivistää opiskeluajan kuukausista päiviin. Todisteeksi konseptista, he keskittyivät ohjelmoitujen kasvainvastaisten bakteerien testaamiseen käyttämällä mini-kasvaimia, joita kutsutaan tuumoripalloiksi. Niiden tekniikan nopeus ja suuri suorituskyky, jota he kutsuvat BSCC:ksi "bakteeripallon rinnakkaisviljelyksi", "mahdollistaa bakteerien vakaan kasvun tuumoripalloissa, mikä mahdollistaa pitkäaikaisen tutkimuksen. Menetelmää voidaan käyttää myös muiden bakteerilajien ja solutyyppien osalta. Tal Daninon johdolla, biolääketieteen tekniikan apulaisprofessori, sanoo että, heidän tietoonsa, tämä tutkimus on ensimmäinen, joka nopeasti seuloo ja luonnehtii bakteerihoitoja in vitro, ja se on hyödyllinen työkalu monille alan tutkijoille.

"Olemme erittäin innoissamme siitä, kuinka tehokas BSCC on, ja uskomme, että se todella nopeuttaa suunniteltuja bakteerihoitoja kliiniseen käyttöön, "Danino sanoo." Yhdistämällä automaation ja robotiikkatekniikan, BSCC voi testata suuren kirjaston hoitoja löytääkseen tehokkaita hoitoja. Ja koska BSCC on niin laajalti sovellettavissa, voimme muokata järjestelmää testaamaan ihmisnäytteitä sekä muita sairauksia. Esimerkiksi, se auttaa meitä yksilöimään lääketieteellisiä hoitoja luomalla potilaan syövän astiaan, ja tunnistaa nopeasti paras hoito tietylle henkilölle. "

Tutkijat tiesivät, että vaikka monet bakteerit voivat kasvaa kasvaimen sisällä, koska immuunijärjestelmä on heikentynyt, bakteerit tapetaan kasvaimen ulkopuolella, jossa kehon immuunijärjestelmä on aktiivinen. Tämän mekanismin innoittamana he etsivät antibakteerista ainetta, joka voi jäljitellä bakteerien "tappavaa" vaikutusta pallien ulkopuolella.

He kehittivät protokollan gentamysiinin antibiootin käyttämiseksi bakteerien kasvattamiseen pallojen sisällä, jotka ovat samanlaisia ​​kuin kehon kasvaimet. Käyttämällä BSCC:tä, he sitten testasivat nopeasti laajan valikoiman ohjelmoituja syövänvastaisia ​​bakteerihoitoja, jotka oli valmistettu erilaisista bakteereista, geneettiset piirit, ja terapeuttisia hyötykuormia.

"Käytimme monisoluisia 3D -palloja, koska ne tiivistävät ihmiskehossa esiintyviä olosuhteita, kuten hapen ja ravinteiden kaltevuudet-niitä ei voida valmistaa perinteisessä 2D-yksikerroksisessa soluviljelmässä, "sanoo lehden pääkirjailija Tetsuhiro Harimoto, joka on PhD -opiskelija Daninon laboratoriossa. "Lisäksi, 3D -pallo antaa bakteereille tarpeeksi tilaa elää ytimessään, suunnilleen samalla tavalla kuin bakteerit asuttavat kehon kasvaimia, myös jotain, mitä emme voi tehdä 2D -yksikerroskulttuurissa. Plus, on yksinkertaista valmistaa suuria määriä 3D-palloja ja sovittaa ne suuritehoiseen seulontaan. "

Tiimi käytti BSCC:n suuritehoista järjestelmää karakterisoimaan nopeasti ohjelmoituja bakteereja ja kaventamaan nopeasti parhaan ehdokkaan terapeuttiseen käyttöön. He löysivät voimakkaan hoidon paksusuolen syöpään, käyttämällä uutta bakteerimyrkkyä, teeta -toksiini, yhdistettynä optimaaliseen lääkeannostelun geneettiseen piiriin heikennetyissä Salmonella Typhimurium -bakteereissa. He löysivät myös uusia yhdistelmiä bakteerihoidoista, jotka voivat parantaa syövän vastaista tehoa entisestään.

Tutkijat vertasivat BSCC -tuloksiaan eläinmalleihin, ja havaitsi samanlaisen bakteerien käyttäytymisen näissä malleissa. He huomasivat myös, että heidän paras ehdokas, teeta -toksiini, on tehokkaampi kuin aiemmin luodut hoidot, osoittaa BSCC:n tehokkaan seulonnan voiman.

Vaikka Daninon ryhmä keskittyi tässä tutkimuksessa syövän hoitoon, he toivovat voivansa laajentaa BSCC:tä luonnehtimaan bakteeripohjaisia ​​lääkkeitä eri sairauksiin, mukaan lukien ruoansulatuskanavan sairaudet ja infektiot. Heidän perimmäisenä tavoitteenaan on käyttää näitä uusia bakteerihoitoja klinikoilla ympäri maailmaa.

• Uusi tutkimus antaa paremman käsityksen madonpoisto -ohjelmien turvallisuudesta
• Uusi tutkimus toteaa, että aiemmin kuvatut erot endoskooppien välillä eivät ole totta