Novi sistem raziskovalcem omogoča preučevanje bakterij v mini tkivih v posodi

Inženiring bakterij za inteligenten občutek in odziv na bolezenska stanja, od okužb do raka, je postal obetaven poudarek sintetične biologije. Hiter napredek v orodjih genskega inženiringa je raziskovalcem omogočil, da "programirajo" celice za izvajanje različnih zahtevnih nalog. Na primer, mrežo genov je mogoče povezati skupaj, da tvorijo genetsko vezje, v katerem lahko celice oblikujemo tako, da zaznavajo okolje in modulirajo svoje vedenje ali v odgovor proizvajajo molekule.

Nedavne raziskave so pokazale, da številne bakterije in vivo selektivno naseljujejo tumorje, poziva znanstvenike, naj jih izdelajo kot programabilna vozila, biološki "roboti" z drugimi besedami, za dajanje zdravil proti raku. Raziskovalci razvijajo tudi nove, "pametna" zdravila s programiranjem bakterij za spopadanje z drugimi boleznimi, kot so bolezni prebavil in okužbe. Ključ za napredovanje takšnih "živih zdravil" je sposobnost prepoznavanja najboljših terapevtskih kandidatov.

Vendar pa medtem ko lahko sedanja orodja za sintetično biologijo ustvarijo ogromno programiranih celic, Odvisnost raziskovalcev od testiranja na živalih je močno omejila število terapij, ki jih je mogoče preizkusiti, in kako hitro. Pravzaprav, sposobnost hitrega oblikovanja novih terapij za ljudi daleč presega zmogljivost testiranja na živalih, ustvarjanje velikega ozkega grla za klinični prevod.

Raziskovalci pri Columbia Engineering poročajo danes v PNAS-u, da so razvili sistem, ki jim omogoča preučevanje več deset do sto programiranih bakterij v mini tkivih v posodi, skrajšanje časa študija iz mesecev v dneve. Kot dokaz koncepta, osredotočili so se na testiranje programiranih protitumorskih bakterij z uporabo mini tumorjev, imenovanih tumorski sferoidi. Hitrost in velika zmogljivost njihove tehnologije, ki jim pravijo BSCC za "sokulturo bakterijskih sferoidov", "omogoča stabilno rast bakterij v tumorskih sferoidih, kar omogoča dolgotrajno študijo. Metodo lahko uporabimo tudi za druge vrste bakterij in vrste celic. Ekipa, vodi Tal Danino, docent za biomedicinsko inženirstvo, pravi, da, po njihovem vedenju, ta študija je prva, ki in vitro hitro pregleda in opredeli bakterijske terapije in bo koristno orodje za mnoge raziskovalce na tem področju.

"Zelo smo navdušeni nad tem, kako učinkovit je BSCC, in menimo, da bo resnično pospešil inženirsko bakterijsko terapijo za klinično uporabo, "Danino pravi." S kombinacijo tehnologije avtomatizacije in robotike BSCC lahko preizkusi veliko knjižnico terapij in odkrije učinkovite načine zdravljenja. In ker je BSCC tako široko uporaben, lahko spremenimo sistem za testiranje vzorcev ljudi in drugih bolezni. Na primer, nam bo pomagal pri prilagajanju zdravljenja z ustvarjanjem pacientovega raka v posodi, in hitro določiti najboljšo terapijo za določenega posameznika. "

Raziskovalci so vedeli, da lahko v tumorju zaradi zmanjšanega imunskega sistema rastejo številne bakterije, bakterije se ubijejo zunaj tumorja, kjer je imunski sistem telesa aktiven. Navdihnjen s tem mehanizmom, iskali so antibakterijsko sredstvo, ki lahko posnema učinek "ubijanja" bakterij zunaj sferoidov.

Razvili so protokol za uporabo antibiotika gentamicina za gojenje bakterij v sferoidih, ki so podobni tumorjem v telesu. Z uporabo BSCC, nato so hitro preizkusili široko paleto programiranih protirakavih bakterijskih terapij iz različnih vrst bakterij, genetski krogi, in terapevtske obremenitve.

"Uporabili smo 3D večcelične sferoide, ker povzemajo pogoje v človeškem telesu, kot so nasipi kisika in hranil-teh ni mogoče izdelati v tradicionalni 2D enoslojni celični kulturi, "pravi glavni avtor časopisa Tetsuhiro Harimoto, ki je doktorand v Daninovem laboratoriju. "Poleg tega, 3D sferoid zagotavlja bakterijam dovolj prostora za življenje v svojem jedru, podobno kot bakterije kolonizirajo tumorje v telesu, tudi nekaj, česar v 2D monoplastni kulturi ne moremo storiti. Plus, preprosto je narediti veliko število 3D sferoidov in jih prilagoditi za visoko zmogljivo pregledovanje. "

Ekipa je uporabila visokozmogljiv sistem BSCC za hitro opredelitev skupin programiranih bakterij in nato za hitro zožitev najboljšega kandidata za terapevtsko uporabo. Odkrili so močno zdravljenje raka debelega črevesa, uporaba novega bakterijskega toksina, teta toksin, v kombinaciji z optimalnim genetskim krogom za dostavo zdravil pri oslabljenih bakterijah Salmonella Typhimurium. Odkrili so tudi nove kombinacije bakterijskih terapij, ki lahko še bolj izboljšajo učinkovitost proti raku.

Raziskovalci so svoje rezultate BSCC primerjali z rezultati na živalskih modelih, in v teh modelih ugotovili podobno obnašanje bakterij. Odkrili so tudi, da je njihov najboljši kandidat, teta toksin, je močnejša od terapij, ustvarjenih v preteklosti, ki dokazuje moč visokozmogljivega pregleda BSCC.

Medtem ko se je Daninova skupina v tej študiji osredotočila na zdravljenje raka, upajo, da bodo razširili BSCC, da bodo označili terapevtike na osnovi bakterij za različne bolezni, vključno z boleznimi prebavil in okužbami. Njihov končni cilj je uporaba teh novih bakterijskih terapij v klinikah po vsem svetu.

• Nova študija zagotavlja boljše razumevanje varnosti programov za odstranjevanje črvov
• Nova študija ugotavlja, da prej opisane razlike med endoskopisti ne držijo