Novi sustav omogućuje istraživačima proučavanje bakterija unutar mini tkiva u posudi

Inženjering bakterija za inteligentan osjet i reagiranje na bolesna stanja, od infekcija do raka, postao je obećavajuće središte sintetičke biologije. Brzi napredak u alatima genetskog inženjeringa omogućio je istraživačima da "programiraju" stanice za obavljanje različitih sofisticiranih zadataka. Na primjer, mreža gena može se povezati zajedno kako bi se formirao genetski krug u kojem se stanice mogu projektirati da osjete okoliš i moduliraju svoje ponašanje ili proizvedu molekule kao odgovor.

Nedavna istraživanja pokazala su da mnoge bakterije in vivo selektivno koloniziraju tumore, potičući znanstvenike da ih konstruiraju kao programabilna vozila, biološkim "robotima" drugim riječima, za isporuku lijekova protiv raka. Istraživači također razvijaju nove, "pametne" lijekove programiranjem bakterija za suzbijanje drugih bolesti, poput gastrointestinalnih bolesti i infekcija. Ključ za napredovanje takvih "živih lijekova" je sposobnost identificiranja najboljih terapijskih kandidata.

Međutim, dok trenutni alati za sintetičku biologiju mogu stvoriti ogroman broj programiranih stanica, Ovisnost istraživača o testiranju na životinjama uvelike je ograničila broj terapija koje se mogu testirati i koliko brzo. Zapravo, sposobnost brzog inženjeringa novih terapija za ljude daleko nadmašuje protok testiranja na životinjama, stvarajući veliko usko grlo za kliničko prevođenje.

Istraživači iz Columbia Engineering izvijestili su danas u PNAS-u da su razvili sustav koji im omogućuje proučavanje desetaka do stotina programiranih bakterija unutar mini tkiva u posudi, skraćujući vrijeme učenja iz mjeseci u dane. Kao dokaz koncepta, usredotočili su se na testiranje programiranih antitumorskih bakterija pomoću mini-tumora koji se zovu tumorski sferoidi. Brzina i velika propusnost njihove tehnologije, koju nazivaju BSCC za "zajedničku kulturu bakterijskih sferoida, "omogućuje stabilan rast bakterija unutar tumorskih sferoida što omogućuje dugotrajno proučavanje. Metoda se može koristiti i za druge vrste bakterija i tipove stanica. Tim, vodi Tal Danino, docent biomedicinskog inženjeringa, kaže da, prema njihovim saznanjima, ova je studija prva koja će brzo pregledati i okarakterizirati terapije bakterija in vitro i bit će koristan alat za mnoge istraživače na tom području.

"Vrlo smo uzbuđeni koliko je BSCC učinkovit i mislimo da će doista ubrzati projektiranu bakterijsku terapiju za kliničku uporabu, "Danino kaže." Kombinacijom tehnologije automatizacije i robotike, BSCC može testirati veliku biblioteku terapija kako bi otkrio učinkovite tretmane. Budući da je BSCC toliko široko primjenjiv, možemo izmijeniti sustav za ispitivanje uzoraka ljudi, kao i drugih bolesti. Na primjer, pomoći će nam u personaliziranju medicinskih tretmana stvaranjem pacijentovog raka u jelu, i brzo identificirati najbolju terapiju za određenog pojedinca. "

Znanstvenici su znali da iako mnoge bakterije mogu rasti unutar tumora zbog smanjenog imunološkog sustava, bakterije se ubijaju izvan tumora gdje je imunološki sustav tijela aktivan. Nadahnuti ovim mehanizmom, tražili su antibakterijsko sredstvo koje može oponašati učinak "ubijanja" bakterija izvan sferoida.

Razvili su protokol za upotrebu antibiotika gentamicina za uzgoj bakterija unutar sferoida koje su slične tumorima u tijelu. Koristeći BSCC, zatim su brzo testirali širok raspon programiranih antikancerogenih terapija od različitih vrsta bakterija, genetski sklopovi, i terapeutski teret.

"Koristili smo 3D višećelijske sferoide jer oni rekapituliraju stanja koja se nalaze u ljudskom tijelu, kao što su gradijenti kisika i hranjivih tvari-oni se ne mogu napraviti u tradicionalnoj 2D jednoslojnoj staničnoj kulturi, "kaže glavni autor lista Tetsuhiro Harimoto, koji je doktorand u Daninovom laboratoriju. "U Dodatku, 3D sferoid pruža bakterijama dovoljno prostora za život u svojoj jezgri, na sličan način na koji bakterije koloniziraju tumore u tijelu, također nešto što ne možemo učiniti u 2D jednoslojnoj kulturi. Plus, jednostavno je napraviti veliki broj 3D sferoida i prilagoditi ih za probir velike propusnosti. "

Tim je koristio visokopropusni sustav BSCC-a za brzu karakterizaciju bazena programiranih bakterija, a zatim i za brzo sužavanje najboljeg kandidata za terapijsku uporabu. Otkrili su moćnu terapiju za rak debelog crijeva, upotrebom novog bakterijskog toksina, teta toksin, u kombinaciji s optimalnim genetskim krugom isporuke lijeka u oslabljenoj bakteriji Salmonella Typhimurium. Također su pronašli nove kombinacije bakterijskih terapija koje mogu još više poboljšati učinkovitost protiv raka.

Znanstvenici su usporedili svoje BSCC rezultate s onima na životinjskim modelima, i otkrili slično ponašanje bakterija u tim modelima. Također su otkrili da je njihov najbolji kandidat, teta toksin, snažniji je od terapija stvorenih u prošlosti, demonstrirajući moć BSCC-ove visokopropusne provjere.

Dok se Daninova skupina u ovoj studiji usredotočila na terapiju raka, nadaju se da će proširiti BSCC kako bi okarakterizirali terapiju na bazi bakterija za različite bolesti, uključujući gastrointestinalne bolesti i infekcije. Njihov je krajnji cilj korištenje ovih novih bakterijskih terapija u klinikama diljem svijeta.

• Nova studija pruža bolje razumijevanje o sigurnosti programa za uklanjanje glista
• Nova studija otkriva da prethodno opisane razlike među endoskopistima nisu istinite