工程师开发可以检测肿瘤的益生菌

时间：2021-10-22 18:25:01 来源：

通过使用益生菌，一组工程师设计了一种新方法来检测已扩散到肝脏的癌症。

许多类型的癌症，包括结肠癌和胰腺癌，都倾向于转移到肝脏。医生越早发现这些肿瘤，他们成功治疗它们的可能性就越大。

“如果局限在肝脏内的疾病扩散，医生可以执行一些干预措施，例如局部手术或局部消融，并且由于肝脏可以再生，因此可以容忍这些干预措施。新数据表明这些患者可能具有更高的存活率，因此特别需要检测肝脏的早期转移。”麻省理工学院约翰·多萝西·威尔逊健康科学与电气工程与计算机科学教授约翰·桑吉塔·巴蒂亚（Sangeeta Bhatia）说。

研究人员使用一种定殖在肝脏中的无害大肠杆菌菌株，对细菌进行编程，以产生一种发光信号，该信号可以通过简单的尿液测试来检测。Bhatia和UCSD生物学教授Jeff Hasty是本周在《科学转化医学》杂志上描述该新方法的论文的高级作者。主要作者是MIT博士后Tal Danino和UCSD博士后Arthur Prindle。

微生物帮助

先前的研究表明，细菌可以在肿瘤的微环境中渗透和生长，在该环境中营养丰富，人体的免疫系统受到损害。因此，科学家多年来一直在尝试开发细菌作为癌症治疗的可能载体。

麻省理工学院和加州大学圣地亚哥分校的研究人员几年前就开始探索这一想法，但很快就将其努力扩大到包括创建细菌诊断的概念。

为了将细菌转变为诊断装置，研究人员对细胞进行了改造，使其表达一种天然酶lacZ的基因，该酶将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖。在这种情况下，lacZ作用于注入小鼠的分子上，该分子由与萤光素连接的半乳糖组成，萤光素是萤火虫天然产生的发光蛋白。萤光素可以从半乳糖中切割出来，并从尿液中排泄出来，可以通过常规实验室测试很容易地将其检测出来。

起初，研究人员对开发将这些细菌注射到患者体内感兴趣，但随后决定像酸奶中的益生菌一样，通过口服途径传播这种细菌。为了实现这一目标，他们将诊断电路整合到了一种无害的称为Nissle 1917的大肠杆菌菌株中，该菌株作为胃肠道健康的促进剂在市场上销售。

在对小鼠的测试中，研究人员发现口服传递的细菌不会在全身的肿瘤中积聚，但可以预见的是，它们在肝肿瘤中的确为零，因为肝门静脉将细菌从消化道输送到肝脏。

“我们意识到，如果给予益生菌，我们将无法使细菌浓度升高到足以定居全身的肿瘤，但是我们假设，如果我们的肝脏中存在肿瘤，它们将获得最高剂量。麻省理工学院的科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所的成员巴蒂亚说。

这使该团队能够开发出专门针对肝肿瘤的诊断工具。在已经扩散到肝脏的结肠癌小鼠的测试中，益生菌细菌定居了近90％的转移性肿瘤。

在小鼠实验中，被给予工程菌的动物没有表现出任何有害的副作用。

更灵敏的检测

研究人员专注于肝脏，不仅因为它是这些细菌的天然靶标，而且还因为难以用传统的成像技术（例如CT扫描或磁共振成像（MRI））对肝脏成像，从而难以诊断那里的转移性肿瘤。。

借助新系统，研究人员可以检测出大于1立方毫米的肝脏肿瘤，比现有的成像方法具有更高的灵敏度。Bhatia说，这种诊断方法对于切除结肠肿瘤的患者可能最有用，因为他们有肝脏复发的风险。

哥伦比亚大学生物科学教授安德里亚·卡利法诺（Andrea Califano）表示，这项研究“在开辟一条新的途径以调查早期癌症检测方法方面具有开创性和启发性”，并补充说，这种治疗方法也令人着迷。

未参与这项研究的卡利法诺说：“这些细菌可以被改造成引起癌细胞功能的遗传破坏，传递药物或重新激活免疫系统的工具。”

麻省理工学院的研究小组正在追求使用益生菌治疗癌症以及进行癌症诊断的想法。

该研究由麻省理工学院路德维希分子肿瘤学中心，Amar G. Bose教授研究补助金，通过圣地亚哥系统生物学中心的国立卫生研究院和美国国家癌症研究所的科赫研究所资助。