近年來發展迅速的CAR-T（一種靶向免疫細胞）療法已有多個針對血液腫瘤的產品上市，但還沒有針對實體瘤的產品上市。
3月17日，一種全新的可進入實體腫瘤內部的減毒工程菌登上《自然·癌癥》雜志。它不僅能有效殺傷實體瘤，而且可“遙控”。
“我們利用自然界中一些細菌可以在實體瘤內部的缺氧、免疫抑制微環境中定植的特性，經過合成生物學方法對其進行重編程改造。”3月17日，論文通訊作者、華東師范大學生命科學學院教授葉海峰告訴科技日報記者，改造獲得的減毒工程菌，即“溶瘤細菌”，能夠攻入免疫細胞也難進入的實體腫瘤內部，為腫瘤精準治療提供創新性解決方案。
創造可“遙控”的溶瘤細菌
“由于實體腫瘤內部致密而缺氧，無論是傳統藥物還是免疫細胞都難以攻入。”葉海峰說，大腸桿菌、沙門氏菌、李斯特菌等細菌比免疫細胞更加“皮實”，不僅能在惡劣的腫瘤微環境中活下來，還能表達一些刺激免疫系統的因子或有細胞毒性的蛋白。
因此，這些細菌被認為是開展腫瘤治療的合成生物學有用“底盤”，但如果要向體內派入一支“隊伍”，需要對其進行精準控制才更具臨床價值。比如，CAR-T療法用CAR作為精準制導元件，抗體藥物通過抗原抗體原理實現“靶向”，就連傳統藥物也通過腸溶制劑等不同修飾，控制藥物的“聚集地”。
如何“遙控”細菌？團隊找到采用近紅外光的方法。葉海峰說，他們曾對超聲控制、熱控制、藍光控制等各種不同的控制元件進行了評估，但由于它們存在需要專用超聲設備、可能對健康組織造成潛在熱損傷、藍光的組織滲透深度有限等缺點而放棄。
“近紅外光波長為650至900納米，它在組織中的吸收和散射效應優異，組織穿透性強。”葉海峰說，團隊將近紅外光響應的光遺傳元件，即一段構建好的光控基因序列，嵌入細菌基因組。當特定波長的近紅外光穿透皮膚照射腫瘤時，開關會立即啟動細菌的“制藥流水線”合成免疫激活劑、蛋白降解酶等，殺傷腫瘤細胞。
“我們還精準敲除了細菌內部15個與毒性相關的基因，在保留細菌腫瘤靶向能力和瘤內增殖活性的同時，顯著降低了其毒副作用。”葉海峰說。
人源模型證明光控細菌安全有效
“我們將近紅外光照射可啟動的系統命名為‘NETMAP’。”葉海峰介紹，與黑暗相比，近紅外光激活的NETMAP系統能讓報告基因的表達多55倍。
正是基于這樣強效的激活，細菌才能夠在實體瘤內部產生足夠多的殺傷腫瘤因子，如免疫檢查點抑制劑、細胞毒性蛋白等，起到殺傷腫瘤細胞、抑制腫瘤生長的效果。腫瘤小鼠的試驗證明了這一點。論文顯示，注射了減毒工程菌的腫瘤小鼠在照射近紅外光10天左右，腫瘤停止生長或逐步縮小，而其他對照小鼠則出現了腫瘤不斷增加，直至死亡的現象。
葉海峰介紹，動物試驗顯示這種治療方案對包括結直腸癌、乳腺癌等多種腫瘤模型均具有抑制效果。為更貼近臨床實際，研究團隊還構建了結直腸癌患者來源的移植腫瘤小鼠模型，進一步證實了該策略的臨床轉化價值。
“我們還針對腫瘤免疫原性的差異，開發了智能化的精準治療策略。”葉海峰說，一些腫瘤是“偽裝派”，通過抑制免疫細胞的“檢查點”逃開免疫系統，團隊為此設計了能精準釋放免疫檢查點抑制劑的細菌，讓腫瘤被免疫系統重新識別；對付一些腫瘤的“強硬派”，細菌就被設計成釋放細胞毒性蛋白，可直接殺傷腫瘤細胞。
“合成生物學較好地利用自然界‘相生相克’原理，通過精巧的設計，為腫瘤治療提供了全新的思路和可行的臨床路徑。”葉海峰說。
近年來發展迅速的CAR-T（一種靶向免疫細胞）療法已有多個針對血液腫瘤的產品上市，但還沒有針對實體瘤的產品上市。
3月17日，一種全新的可進入實體腫瘤內部的減毒工程菌登上《自然·癌癥》雜志。它不僅能有效殺傷實體瘤，而且可“遙控”。
“我們利用自然界中一些細菌可以在實體瘤內部的缺氧、免疫抑制微環境中定植的特性，經過合成生物學方法對其進行重編程改造。”3月17日，論文通訊作者、華東師范大學生命科學學院教授葉海峰告訴科技日報記者，改造獲得的減毒工程菌，即“溶瘤細菌”，能夠攻入免疫細胞也難進入的實體腫瘤內部，為腫瘤精準治療提供創新性解決方案。
創造可“遙控”的溶瘤細菌
“由于實體腫瘤內部致密而缺氧，無論是傳統藥物還是免疫細胞都難以攻入。”葉海峰說，大腸桿菌、沙門氏菌、李斯特菌等細菌比免疫細胞更加“皮實”，不僅能在惡劣的腫瘤微環境中活下來，還能表達一些刺激免疫系統的因子或有細胞毒性的蛋白。
因此，這些細菌被認為是開展腫瘤治療的合成生物學有用“底盤”，但如果要向體內派入一支“隊伍”，需要對其進行精準控制才更具臨床價值。比如，CAR-T療法用CAR作為精準制導元件，抗體藥物通過抗原抗體原理實現“靶向”，就連傳統藥物也通過腸溶制劑等不同修飾，控制藥物的“聚集地”。
如何“遙控”細菌？團隊找到采用近紅外光的方法。葉海峰說，他們曾對超聲控制、熱控制、藍光控制等各種不同的控制元件進行了評估，但由于它們存在需要專用超聲設備、可能對健康組織造成潛在熱損傷、藍光的組織滲透深度有限等缺點而放棄。
“近紅外光波長為650至900納米，它在組織中的吸收和散射效應優異，組織穿透性強。”葉海峰說，團隊將近紅外光響應的光遺傳元件，即一段構建好的光控基因序列，嵌入細菌基因組。當特定波長的近紅外光穿透皮膚照射腫瘤時，開關會立即啟動細菌的“制藥流水線”合成免疫激活劑、蛋白降解酶等，殺傷腫瘤細胞。
“我們還精準敲除了細菌內部15個與毒性相關的基因，在保留細菌腫瘤靶向能力和瘤內增殖活性的同時，顯著降低了其毒副作用。”葉海峰說。
人源模型證明光控細菌安全有效
“我們將近紅外光照射可啟動的系統命名為‘NETMAP’。”葉海峰介紹，與黑暗相比，近紅外光激活的NETMAP系統能讓報告基因的表達多55倍。
正是基于這樣強效的激活，細菌才能夠在實體瘤內部產生足夠多的殺傷腫瘤因子，如免疫檢查點抑制劑、細胞毒性蛋白等，起到殺傷腫瘤細胞、抑制腫瘤生長的效果。腫瘤小鼠的試驗證明了這一點。論文顯示，注射了減毒工程菌的腫瘤小鼠在照射近紅外光10天左右，腫瘤停止生長或逐步縮小，而其他對照小鼠則出現了腫瘤不斷增加，直至死亡的現象。
葉海峰介紹，動物試驗顯示這種治療方案對包括結直腸癌、乳腺癌等多種腫瘤模型均具有抑制效果。為更貼近臨床實際，研究團隊還構建了結直腸癌患者來源的移植腫瘤小鼠模型，進一步證實了該策略的臨床轉化價值。
“我們還針對腫瘤免疫原性的差異，開發了智能化的精準治療策略。”葉海峰說，一些腫瘤是“偽裝派”，通過抑制免疫細胞的“檢查點”逃開免疫系統，團隊為此設計了能精準釋放免疫檢查點抑制劑的細菌，讓腫瘤被免疫系統重新識別；對付一些腫瘤的“強硬派”，細菌就被設計成釋放細胞毒性蛋白，可直接殺傷腫瘤細胞。
“合成生物學較好地利用自然界‘相生相克’原理，通過精巧的設計，為腫瘤治療提供了全新的思路和可行的臨床路徑。”葉海峰說。
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