Сальмонелла доставит лекарственные препараты в раковые клетки

Ученые из США разработали систему доставки противораковых препаратов на основе сальмонеллы. Модификация генов и регуляторных участков генома сальмонеллы, отвечающих за инфицирование, позволяет доставлять терапевтические белки непосредственно в клетки опухоли. Система самостоятельно контролирует дозу и не затрагивает здоровые клетки организма.

Сальмонелла

Внутриклеточная доставка противораковых препаратов может расширить спектр доступных для терапии целей. Так, более 60% сигнальных путей, контролирующих клеточные процессы, являются внутриклеточными, и на большинство из них сложно воздействовать терапевтически. Группа ученых из США разработали систему доставки противораковых препаратов внутрь клетки на основе сальмонеллы, которая позволит использовать эти пока недоступные мишени.

Сальмонеллы — уникальная база для создания систем доставки. Они способны активно проникать в клетки, синтезировать белки внутри них и модифицировать клеточные эндосомы в пригодную для себя среду обитания. Ранние работы также показали, что сальмонеллы накапливаются в раковых клетках.

Созданная сальмонелла внутри раковой клетки. Как только бактерии обнаруживают, что они вторглись в клетку, они автономно лизируют (вскрывают), доставляют терапевтическую нагрузку и убивают клетку

В первую очередь авторы подтвердили способность сальмонелл внедряться в клетки рака. Мышам вводили специальный штамм, синтезирующий флуорофор после внедрения в клетки. Ученые обнаружили, что более 70% бактерий, находящихся внутри тканей опухоли, внедрялись в клетки. Нокаут гена flhDC — регулятора, ответственного за формирование необходимых для инвазии клеточных структур, — предотвращал проникновение сальмонелл в клетки.

Далее ученым было необходимо создать систему выпуска терапевтического белка после проникновения в клетку. Они идентифицировали два промотора, PsseJ и PsifA, связанных с островком патогенности сальмонеллы 2 (SPI2) — мобильным элементом генома, контролирующим формирование вакуолей, содержащих сальмонеллу (SCV). Оба промотора активируются после попадания бактерии в клетку, однако активность PsseJ в свободном состоянии оказалась в 5,8 раз меньше, чем у PsifA, так что ученые выбрали именно его для дальнейшей работы.

Так как для выброса терапевтического белка необходим лизис сальмонеллы, ученые привязали к промотору PsseJ ген лизина Е (LysE) из бактериофага ФХ1174. При этом 68% сальмонелл, несущих систему PsseJ-LysE, лизировались в течение десяти часов после попадания в клетку. В тестах бактерии синтезировали флуорофор GFP. Каждая бактерия могла доставить около 163 000 молекул белка. Ученые назвали разработанную систему сальмонеллой для внутриклеточной доставки (intracellular delivering (ID) Salmonella).

Чтобы дополнительно оценить способности системы к доставке белков, авторы разработали специальную технологию — клетки обрабатывались детергентом, который делал проницаемой мембрану клеток млекопитающих, но не бактерий. Таким образом ученые могли визуально идентифицировать GFP, выброшенный лизированными бактериями, и живые бактерии. Тесты показали, что после внедрения в клетку сальмонелл формировались SCV, внутри которых бактерии лизировались. Спустя шесть часов после внедрения большая часть GFP содержалась в SCV, однако уже к 24 часам белок распространялся по цитоплазме.

Контроль flhDC позволял регулировать внедрение бактерий в клетку. При введении мышам сальмонелл без flhDC GFP в клетках опухоли практически не экспрессировался. При реактивации экспрессии после первичной колонизации увеличивалось число клеток, где обнаруживали GFP. Контроль за экспрессией flhDC обеспечивался с помощью системы PBAD-flhDC.

Ученые показали, что доставка белка бактериями несет самоограничивающий характер — численность бактерий достигала пика через 72 часа после введения и падала на 95% спустя 14 дней после введения. Бактерии также почти не аккумулировались в здоровых органах и не нарушали их функционирования.

Наконец, ученые проверили эффективность системы для доставки двух терапевтических белков — NIPP1-CD и CT Casp-3. Модель доставки показала эффективность при лечении двух различных раков печени и рака молочной железы на мышиных моделях. Терапия замедляла рост рака и предотвращала метастазирование.

Ученые считают, что разработанная система может позволить использовать при лечении ранее недоступные сигнальные пути в раковых клетках.

Цитируется по:

Raman V., et al. Intracellular delivery of protein drugs with an autonomously lysing bacterial system reduces tumor growth and metastases. // Nature Communications 12, 6116 (2021), published October 21, 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-26367-9.

Источник: https://pcr.news

26.10.2021