利用功能化光合细菌加强癌症治疗

肿瘤细胞的选择性靶向是癌症治疗的主要临床挑战。然而，这一限制可以通过使用具有高度优化的化学修饰的生物工程细菌来克服。最近的一项研究表明，使用化学修饰的紫色光合细菌成功地检测和消除了小鼠模型中的结肠癌细胞。这项研究还揭示了潜在的作用机制。

　　

对生物医学研究人员来说，高精度定位恶性肿瘤是一项挑战。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。

利用细菌靶向癌细胞，或者细菌疗法，可以通过基因工程和纳米技术进一步加强。然而，由于技术限制和抗生素耐药性的潜在发展，其疗效可能受到阻碍。因此，对细菌进行适度而有效的化学修饰以改善生物相容性和功能是至关重要的，这样它们的医疗能力就不会受到损害。

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成为人们关注的焦点。2023年8月14日在线发表在《纳米今日》杂志上的一项研究进一步探索了这一点，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。

这项研究由日本高等科学技术研究所(JAIST)的副教授Eijiro Miyako领导，选择了古红假单胞菌(RP)作为进行研究的最佳细菌。RP表现出优异的性能，如近红外(NIR)荧光、光热转换和低细胞毒性。它吸收近红外光并产生自由基——一种可以用来杀死癌细胞的特性，”宫古教授解释说。

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，或将聚乙二醇衍生物附着在细菌细胞壁上。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，然后可以利用热能选择性地消除癌细胞。

初步结果令人鼓舞。例如，在RP膜表面涂上“生物相容性膜锚(BAM)”至少一周内不会对RP细胞的活力产生不利影响。此外，bamn功能化的RPs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起着关键作用。

接下来，研究人员将荧光“Alexa488-BSA”偶联物连接到bam功能化的rp上，从而创建了具有可跟踪荧光标记的细菌复合物。该偶联物随后被“PD-L1”抗体取代。先前的研究表明，癌细胞在其表面表达一种称为“程序性细胞死亡配体1 (PD-L1)”的蛋白质。PD-L1可以通过结合PD-1受体顺利关闭宿主防御系统。这使得癌细胞可以逃避免疫检测和消灭。抗pd - l1抗体阻断这种相互作用，从而阻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在小鼠结肠癌模型中抑制肿瘤生长。然而，抗pd - l1 - BAM-RP、BAM-RP和RP在激光激发下表现出特别显著的抗癌作用。事实上，在给荷瘤小鼠注射抗pd - l1 - BAM-RP、BAM-RP或RP激光照射后，实体瘤完全消失。此外，在评估光热转化性能时，抗pd - l1 - bam - RP和天然RP都表现出很强的光热转化，这是由于存在光驱动细菌叶绿素(BChl)分子。

在各种生物偶联物中，抗pd - l1 - bam - rp在治疗初期表现出最高的疗效。此外，它对周围的健康细胞或小鼠宿主没有毒性。随后的实验揭示了小鼠模型中结肠肿瘤湮灭的潜在机制。

“我们的研究结果表明，光驱动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红外荧光被用于定位肿瘤，有效地为未来的临床转化铺平了道路，”Miyako教授说。

他进一步补充说:“我们相信这种细菌技术可以在10年内用于临床试验，并对癌症的诊断和治疗产生积极的影响。”

希望细菌疗法能帮助研究人员、肿瘤学家和癌症患者得到急需的缓解。