使用功能化光合细菌增强癌症治疗
高精度靶向恶性肿瘤对于生物医学研究人员来说是一项挑战。然而，在不久的将来，这种情况可能会发生范式转变，通过使用特殊工程细菌，可以有效地消除恶性细胞。
通过基因工程和纳米技术可以进一步增强利用细菌靶向癌细胞或细菌疗法。然而，由于技术限制和抗生素耐药性的潜在发展，其功效可能会受到阻碍。因此，对细菌进行适度而有效的化学修饰以提高生物相容性和功能性，使其医疗能力不受影响至关重要。
最近，某些类型的紫色光合细菌(PPSB)因其解决细菌治疗挑战的潜力而受到关注。为了进一步探讨这一问题，2023 年 8 月 14 日《Nano Today》在线发表的一项研究报告了使用化学修饰的 PPSB 来检测和消除小鼠模型中难以根除的癌细胞。
该研究由日本先进科学技术研究所 (JAIST) 的副教授 Eijiro Miyako 领导，选择沼泽红假单胞菌(RP) 作为进行研究的最佳细菌。“RP 表现出优异的特性，例如近透视 (NIR) 荧光、光热转换和低细胞性。 它吸收近透视 光并产生自由基——这种特性可用于杀癌细胞，” Miyako 教授解释道。
为了提高分离菌株的治疗效果，研究小组寻求化学修饰来改变细菌膜。首先，他们进行了膜聚乙二醇化，即将聚乙二醇衍生物附着到细菌细胞壁上。先前的研究表明，细菌聚乙二醇化有助于逃避宿主免疫反应，并将光能转化为热能，然后可用于选择性消除癌细胞。
初步结果令人鼓舞。例如，用“生物相容性膜锚(BAM)”涂覆 RP 膜表面至少一周不会对 RP 细胞活力产生不利影响。此外，BAM 功能化的 RP 不会通过巨噬细胞的吞噬作用被消除，巨噬细胞在免疫系统抵御细菌入侵的防御行动中发挥着关键作用。
接下来，研究人员将荧光“Alexa488-BSA”缀合物连接到 BAM 功能化的 RP 上，从而创建带有可追踪荧光标记的细菌复合物。该缀合物随后被“PD-L1”抗体取代。此前的研究表明，癌细胞在其表面表达一种名为“程序性细胞亡配体1(PD-L1)”的蛋白质。PD-L1可以通过与PD-1受体结合顺利关闭宿主防御系统。这使得癌细胞能够逃避免疫检测和消除。抗 PD-L1 抗体可阻断这种相互作用，从而防止癌细胞绕过免疫系统介导的破坏。
正如预期的那样，抗 PD-L1-BAM-RP 和 RP 均抑制小鼠结肠癌模型中的肿瘤生长。然而，抗 PD-L1-BAM-RP、BAM-RP 和 RP 在用激光激发时表现出特别显着的抗癌作用。事实上，在将抗 PD-L1-BAM-RP、BAM-RP 或 RP 注射到荷瘤小鼠体内后，实体瘤完全消失。此外，在评估光热转换特性时，由于光驱动的细菌叶绿素 (BChl) 分子的存在，抗 PD-L1-BAM-RP 和天然 RP 均表现出强光热转换。
在各种生物结合物中，抗 PD-L1-BAM-RP 在治疗的初始阶段表现出最高的疗效。此外，它对周围的健康细胞或小鼠宿主没有性。随后的实验揭示了小鼠模型中结肠肿瘤消灭的潜在机制。
“我们的研究结果表明，光驱动的功能细菌在结肠癌小鼠模型中表现出有效的光学和免疫功能。此外，工程细菌复合物的近透视 荧光可用于定位肿瘤，有效地为未来的临床转化铺平了道路，”Miyako 教授说。
他进一步补充道：“我们相信这种细菌技术可以在 10 年内用于临床试验，并对癌症诊断和治疗产生积极影响。”
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