Бактерии в терапии новообразований14.01.2012

Бактерии как терапевтические факторы?

Несмотря на факт, что бактерии обычно рассматриваются как болезнетворные факторы, уже свыше 150 лет тому назад люди отдавали себе отчет в том, что бактерии могуи применяться в лечении новообразований. Данное предположение выдвинули независимо друг от дурга два немецких врача В. Буш и Ф. Фехлеисен (W. Bush и F. Fehleisen) после обнаружения регрессии опухолей новообразований у госпитализированных пациентов, случайно зараженных Streptococcus pyogenes.

Много лет позже научные исследования подтвердили, что обязательно или факультативно бескислородные бактерии колонизируют преференциально в пределе монолитных опухолей. Это связано с физиологическими разницами между здоровой и опухолевой тканью. Сеть кровеносных сосудов в последней из вышеназванных извилистая и нерегулярная, так как пролиферация мутированной ткани обгоняет ангиогенез. Это способствует созданию некислородных и некротичных пространств, то есть оптимальной среды для упомянутых бактерий.

Использовать опухолевую гипоксию

В связи с тем, что гипоксия является своеобразной чертой, отличающей опухолевую ткань от здоровой, можно использовать данное явление в терапии [1]. Несмотря на значительное развитие конвенционных методов, постоянно продолжаются исследоания найти стратегию, действовующую селективно на болезненно изменённые клетки и, одновременно, не вредя здоровым клеткам. Повсеместно применяемая химио- или радиотерапия такими возможностями, к сожалению, не обладает.

Умение исключать клетки, характеризующиеся пониженным содержанием  кислорода имеет особое значение. Оказывается, что они менее чувствительны к радио- и химиотерапии. В первом случае это обосновывается тем, что ионизирующее излучение убивает клетки вследствие индуцирования повреждений в ДНК. Устойчивость к противоопухолевым лекарствам вытекает из нескольких причин. Во-первых,  клетки c недостаточностью кислорода обычно отдалены от кровеносных сосудов, в связи с чем их экспозиция на химиотерапию затруднена. Во-вторых, вследствие недостатка кислорода пролиферация в этих частях ограничена, гипоксия отбирает клетки, неподатливые к гипоксемии,  это делает их менее чувствительными к терапевтикам. Кроме того, способ действия некоторых лекарств, напр. блеомицина, напоминает способ действия излучения.

Трудное начало

Первые эксперименты, касающиеся использования опухолевой гипоксии в терапии, проводились с разными племенами, обязательно бескислородных, бактерий из рода Clostridium [2]. В исследованиях обнаужено, что они способные к своеобразного размещения и размножения в опухолевых областях с кислородной недостаточностью, а тоже провоцируют  регрессию опухолей. К сожалению, исследования были прекращены после экспериментов с крысами, которые умирали. Причиной была или токсемя, или высокий иммунологический ответ, индуцированный присутствием микроорганизмов.

В дальнейшем проводились попытки применить, между прочим, аттеунированное племя племя Salmonella typhimurium, лишенное гена, отвечающего за вызов септического шока и гена, контролирующего синтез пуринов. Благодаря этому, племя Salmonella typhimurium не было в состоянии размнажаться в нормальной ткани, но только в опухолевом пространстве, в котором пурины доступны. Дополнительным достоинством факультативно бескислородного племя Salmonella typhimurium является факт, что оно развивается уже в маленьких опухолях весом в 0,1 г, в отличие от обязательно бескислородных бактерий Clostridium sp., которые могут развиваться только в некротычных  и с кислородной недостаточностью областях больших опухолей. К сожалению, клинические исследования с использованием этой бактерии также закончились неудачей.

Система - БДЭПТ (Bacterially Directed Enzyme Prodrug Therapy)

Учитывая во внимание разнообразные проблемы, ученые решили немного изменить подход и использоватьонколитичексие бактерии в качестве носителей терапевтических генов [4, 5, 6]. Стратегия состоит во введении в бактерию самоубийственные гены, кодирующие энзимы, превращающие неактивный, безвредный пролек в цитотоксическое вещество. Пациенту сначала применяется безопасная доза бактерии, которая колонизирует опухолевое пространство, размнажается и экспримирует гетерологический белок - соответствующий энзим. К наиболее популярным и наиболее часто использованным принадлежат: цитозин деаминазу - фермент, превращающий 5-флуороцитозин в токсичный 5-флуороурацил. и нитроредуктаза, активирующая пролек CB 1954. Затем впрыскивается нетоксический пролек, который превращается в активную, цитотоксическую форму только в пространстве новообразования, так как там находятся бактерии, производящие соответствующий энзим.

Другие способы модификации бактерии

Другим подходом яляется модифицирование бактерии таким образом, чтобы производили цитокины (напр. TNFα), увеличивающие чувствительность опухоли к радиации и / или вызывали иммунологический ответ хозяина [3]. Другой возможностью является помещение генов, активирующих пролеки под контролем инициатора, индуцированного излучением, т.е. также позволяющие на селективное разрушение новообразований.

Ещё много следует сделать

Вышеописанные системы следует считать довольно обещающими методами. Однако же, по-прежнему остается много проблем и вопросов для преодоления, напр. токсичность, нарастающая неподатливость к химиотерапевтики или неэфефективность по отношению к метастазе новообразований. Следует полагаться, что дальнейшие исследования, касающиеся применения онколитических бактерий в генной терапии станут вскорее новым оружием в борьбе с опухолевыми болезнями.

Литература

1. Brown JM, Wilson WR (2004) Exploiting tumour hypoxia in cancer treatment. Nature Reviews Cancer, 4 (6): 437-47.
2. Jain RK, Forbes NS (2001) Can engineered bacteria help control cancer? PNAS, 18 (98) no. 26: 14748–14750. 
3. Nuyts S, Van Mellaert L, Theys J, Landuyt W, Bosmans E, Anne J,  Lambin P (2001) Radio-responsive recA promoter significantly increases TNF  production in recombinant clostridia after 2 Gy irradiation. Gene Ther  8: 1197–1201.
4. Loeffler M, Le’Negrate G, Krajewska M, Reed JC (2007) Attenuated Salmonella engineered to produce human cytokine LIGHT inhibit tumor growth. PNAS 31 (104) no. 31: 12879–12883.
5. Pawelek JM, Low KB, Bermudes D (2003) Bacteria as tumour-targeting vectors. The Lancet Oncology, 4 ( 9): 548-556.
6. Pawelek JM, Low KB, and Bermudes D (1997) Tumor-targeted Salmonella as a Novel Anticancer Vector. Cancer Research, 57 (15): 4537-4544.
7. Springer CJ, Niculescu-Duvaz I (2000) Prodrug-activating systems in suicide gene therapy. The Journal of Clinical Investigation, 105 (9): 1161-1167.