Nauja sistema leidžia tyrėjams ištirti bakterijas indo mini audiniuose

Inžinerinės bakterijos, skirtos protingai pajusti ir reaguoti į ligos būsenas, nuo infekcijų iki vėžio, tapo perspektyviu sintetinės biologijos akcentu. Sparti genų inžinerijos priemonių pažanga leido mokslininkams „užprogramuoti“ ląsteles atlikti įvairias sudėtingas užduotis. Pavyzdžiui, genų tinklas gali būti sujungtas kartu, kad būtų suformuota genetinė grandinė, kurioje ląstelės gali būti suprojektuotos taip, kad jaustų aplinką ir moduliuotų savo elgesį arba reaguotų į molekules.

Naujausi tyrimai parodė, kad daugelis bakterijų selektyviai kolonizuoja navikus in vivo, paskatino mokslininkus juos suprojektuoti kaip programuojamas transporto priemones, Kitaip tariant, biologiniai „robotai“, pristatyti priešvėžinius vaistus. Mokslininkai taip pat kuria naujus, „protingi“ vaistai, užprogramuojant bakterijas kovoti su kitomis ligomis, tokių kaip virškinimo trakto ligos ir infekcijos. Tokių „gyvų vaistų“ pažangos raktas yra sugebėjimas nustatyti geriausius terapinius kandidatus.

Tačiau, nors dabartinės sintetinės biologijos priemonės gali sukurti labai daug užprogramuotų ląstelių, tyrėjų priklausomybė nuo bandymų su gyvūnais labai apribojo gydymo būdų, kuriuos galima išbandyti, skaičių ir kaip greitai. Iš tiesų, gebėjimas greitai kurti naujus gydymo būdus žmonėms gerokai viršija bandymų su gyvūnais našumą, sukuriant didelę kliūtį klinikiniam vertimui.

„Columbia Engineering“ mokslininkai šiandien PNAS praneša, kad jie sukūrė sistemą, leidžiančią jiems ištirti nuo dešimčių iki šimtų užprogramuotų bakterijų indo mini audiniuose, sutrumpindamas studijų laiką nuo mėnesių iki dienų. Kaip koncepcijos įrodymas, jie sutelkė dėmesį į užprogramuotų priešnavikinių bakterijų tyrimus, naudojant mini navikus, vadinamus naviko sferoidais. Jų technologijų greitis ir didelis našumas, kuriuos jie vadina BSCC „bakterijų sferoidų bendrai kultūrai“, "leidžia stabiliai augti bakterijoms naviko sferoiduose, o tai leidžia atlikti ilgalaikius tyrimus. Šis metodas taip pat gali būti naudojamas kitoms bakterijų rūšims ir ląstelių tipams. Komanda, vadovauja Tal Danino, biomedicinos inžinerijos docentas, sako, kad, jų žiniomis, šis tyrimas yra pirmasis, kuris greitai patikrina ir apibūdina bakterijų terapiją in vitro ir bus naudinga priemonė daugeliui šios srities tyrėjų.

„Mes labai džiaugiamės, koks efektyvus yra BSCC, ir manome, kad jis tikrai paspartins inžinerinę bakterijų terapiją klinikiniam naudojimui, "Danino sako." Sujungus automatizavimą ir robotikos technologijas, BSCC gali išbandyti didelę terapijų biblioteką, kad atrastų veiksmingus gydymo būdus. Kadangi BSCC yra taip plačiai taikomas, galime modifikuoti sistemą, kad būtų galima ištirti žmonių mėginius ir kitas ligas. Pavyzdžiui, tai padės mums pritaikyti medicinines procedūras, sukuriant paciento vėžį inde, ir greitai nustatyti geriausią konkretaus asmens gydymą “.

Mokslininkai žinojo, kad nors daug bakterijų gali augti naviko viduje dėl sumažėjusios imuninės sistemos, bakterijos žūva už naviko, kur veikia organizmo imuninė sistema. Įkvėptas šio mechanizmo, jie ieškojo antibakterinio agento, galinčio imituoti bakterijų „žudymo“ efektą už sferų ribų.

Jie sukūrė protokolą, pagal kurį antibiotikas gentamicinas naudojamas bakterijoms auginti sferose, kurios yra panašios į organizmo navikus. Naudojant BSCC, tada jie greitai išbandė platų užprogramuotų priešvėžinių bakterijų terapijos spektrą, pagamintą iš įvairių rūšių bakterijų, genetinės grandinės, ir gydomosios apkrovos.

„Mes naudojome 3D daugialąsčius sferoidus, nes jie apibendrina žmogaus organizme esančias sąlygas, pvz., deguonies ir maistinių medžiagų gradientų-jų negalima pagaminti naudojant tradicinę 2D monosluoksnių ląstelių kultūrą, “ - sako pagrindinis šio straipsnio autorius Tetsuhiro Harimoto, kuris yra doktorantas Danino laboratorijoje. "Papildomai, 3D sferoidas suteikia bakterijoms pakankamai vietos gyventi savo branduolyje, panašiai kaip bakterijos kolonizuoja navikus organizme, taip pat to, ko negalime padaryti 2D monosluoksnių kultūroje. Be to, paprasta padaryti daug 3D sferoidų ir pritaikyti juos didelio našumo atrankai “.

Komanda naudojo BSCC didelio našumo sistemą, kad greitai apibūdintų užprogramuotų bakterijų telkinius ir greitai susiaurintų geriausią kandidatą terapiniam naudojimui. Jie atrado veiksmingą gaubtinės žarnos vėžio gydymą, naudojant naują bakterinį toksiną, teta toksinas, kartu su optimalia vaistų tiekimo genetine grandine susilpnėjusiose bakterijose Salmonella Typhimurium. Jie taip pat rado naujų bakterijų terapijos derinių, kurie gali dar labiau pagerinti priešvėžinį veiksmingumą.

Tyrėjai palygino savo BSCC rezultatus su gautais gyvūnų modeliuose, ir nustatė panašų bakterijų elgesį tuose modeliuose. Jie taip pat sužinojo, kad jų geriausias kandidatas teta toksinas, yra stipresnis už anksčiau sukurtą terapiją, parodydamas BSCC didelio našumo atrankos galią.

Nors Danino grupė šiame tyrime daugiausia dėmesio skyrė vėžio gydymui, jie tikisi išplėsti BSCC, kad apibūdintų bakterijų terapiją įvairioms ligoms gydyti, įskaitant virškinimo trakto ligas ir infekcijas. Jų pagrindinis tikslas yra naudoti šias naujas bakterijų terapijas klinikose visame pasaulyje.

• Naujas tyrimas suteikia geresnį supratimą apie kirminų programų saugumą
• Naujajame tyrime nustatyta, kad anksčiau aprašyti skirtumai tarp endoskopų nėra tiesa