محققان از باکتری های کلون کننده پوست برای ایجاد یک درمان موضعی سرطان در موش ها استفاده می کنند

در حین مطالعه یک نوع باکتری که روی پوست سالم هر انسان زندگی می کند، محققان دانشگاه استنفورد و یکی از همکارانش ممکن است به یک راه قدرتمند جدید برای مبارزه با سرطان دست پیدا کنند.

پس از مهندسی ژنتیکی باکتری به نام استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس برای تولید آنتی ژن تومور (پروتئینی منحصر به فرد تومور که قادر به تحریک سیستم ایمنی است)، باکتری های زنده را روی پوست موش های مبتلا به سرطان اعمال کردند. پاسخ ایمنی حاصل به اندازه کافی قوی بود که حتی یک نوع تهاجمی سرطان متاستاتیک پوست را بدون ایجاد التهاب از بین برد.

دکتر مایکل فیشباخ، دانشیار مهندسی زیستی، می‌گوید: «به نظر تقریباً جادویی بود. این موش‌ها تومورهای بسیار تهاجمی داشتند که در پهلویشان رشد می‌کرد، و ما به آنها یک درمان ملایم دادیم که در آن به سادگی یک سواب از باکتری برداشتیم و آن را روی پوست سرشان مالیدیم.»

تحقیقات آنها به صورت آنلاین در 13 آوریل منتشر شد علوم پایه. فیشباخ نویسنده ارشد است و ییین ارین چن، دکترای دکترا، محقق سابق فوق دکترا در پزشکی استنفورد، که اکنون استادیار زیست شناسی در موسسه فناوری ماساچوست است، نویسنده اصلی است.

استعمار کننده های پوست

میلیون ها باکتری، قارچ و ویروس در سطح پوست سالم زندگی می کنند. این مستعمره‌های دوستدار نقش مهمی در حفظ سد پوستی و جلوگیری از عفونت دارند، اما ناشناخته‌های زیادی درباره نحوه تعامل میکروبیوتای پوست با سیستم ایمنی میزبان وجود دارد. به عنوان مثال، استاف اپیدرمیدیس که در میان باکتری‌های مستعمره‌کننده منحصربه‌فرد است، باعث تولید سلول‌های ایمنی قوی به نام سلول‌های CD8 T می‌شود که سلول‌های «قاتل» مسئول مبارزه با عفونت‌های شدید یا سرطان هستند.

محققان نشان دادند که با وارد کردن یک آنتی ژن تومور در اپیدرمیدیس استاف، می‌توانند سیستم ایمنی موش را فریب دهند تا سلول‌های CD8 T را که آنتی ژن انتخابی را هدف قرار می‌دهند، تولید کند. این سلول‌ها در سرتاسر موش‌ها حرکت می‌کردند و هنگامی که با یک تومور مشابه مواجه می‌شدند، به سرعت تکثیر می‌شدند و رشد تومور را به شدت کاهش می‌دادند یا تومورها را کاملاً خاموش می‌کردند.

فیشباخ گفت: «مشاهده ناپدید شدن آن تومورها – به ویژه در محلی دور از محل استفاده از باکتری – تکان دهنده بود. مدتی طول کشید تا باور کنیم که این اتفاق می افتد.

رمز و راز سلول های T که هیچ کاری انجام نمی دهند

فیشباخ و تیمش تلاش برای مبارزه با سرطان را آغاز نکردند. آنها می‌خواستند به یک سوال اساسی‌تر پاسخ دهند: چرا ارگانیسم میزبان انرژی را در ساخت سلول‌های T که برای حمله به باکتری‌های مستعمره‌کننده مفید طراحی شده‌اند، هدر می‌دهد؟ به خصوص که این سلول‌های T «آنتی ژن خاص» هستند، به این معنی که هر سلول T یک گیرنده خانگی دارد که با یک قطعه از باکتری که آن را فعال کرده است مطابقت دارد.

حتی عجیب‌تر، سلول‌های CD8 T ناشی از استاف اپیدرمیدیس طبیعی باعث التهاب نمی‌شوند. در واقع، به نظر می رسد که آنها هیچ کاری انجام نمی دهند. فیشباخ گفت: بیشتر دانشمندان فکر می کردند سلول های T ناشی از کلونیست ها باید اساساً با سلول های T معمولی متفاوت باشند، زیرا به جای سفر در سراسر بدن برای شکار هدف خود، به نظر می رسید درست زیر سطح پوست می مانند و به نوعی برنامه ریزی شده بودند تا صلح بین آنها را حفظ کنند. باکتری و میزبان

برای آزمایش اینکه آیا این سلول‌های CD8 T ناشی از کلونیست‌ها می‌توانند مانند سلول‌های T کشنده معمولی رفتار کنند، محققان سویه‌ای از استاف اپیدرمیدیس را برای تولید آنتی‌ژن متفاوتی مهندسی کردند که می‌تواند سلول‌های T خاص برای یک مدل تومور مورد مطالعه را در موش تولید کند.

آنها به طور ژنتیکی قطعه کوچکی از DNA را که بخشی از پروتئینی به نام اووالبومین را کد می کند، روی سطح استاف اپیدرمیدیس پیوند زدند. آنها اووالبومین را انتخاب کردند زیرا در بسیاری از خطوط تومور موش که معمولاً مورد مطالعه قرار می گیرند، از جمله نوعی ملانوم تهاجمی مهندسی شده است، و بنابراین می تواند به عنوان یک آنتی ژن تومور در انواع مختلف سرطان عمل کند.

قدرت سلول های T خاص تومور

در مرحله بعد، دانشمندان از باکتری های دستکاری شده ژنتیکی روی موش های سالم استفاده کردند. از آنجایی که استاف اپیدرمیدیس یک استعمار کننده پوست کارآمد است، آنها نیازی به تمیز کردن یا تراشیدن خز حیوانات نداشتند، بلکه فقط باکتری ها را روی سر آنها می مالیدند. همانطور که انتظار می رفت، کلونیزاسیون هیچ التهاب یا عفونتی ایجاد نکرد.

به‌عنوان گروه شاهد، موش‌های دیگر بدون باکتری، اپیدرمیدیس استاف نوع وحشی (پپتید اووالبومین را بیان نمی‌کند) یا اپیدرمیدیس استاف بیانگر اووالبومین با گرما، که نمی‌توانست پوست را به دلیل مرده بودن کلونیزه کند، تحت درمان قرار گرفتند.

شش روز بعد، دانشمندان سلول‌های تومور ملانوما را به موش‌ها تزریق کردند که اووالبومین را بیان می‌کردند. در حالی که هر سه نوع از موش‌های کنترل به سرعت تومورهای پوستی ایجاد کردند، موش‌هایی که با اپیدرمیدیس زنده و مهندسی ژنتیک شده استاف درمان شده بودند، تومورها را بسیار کندتر رشد دادند و در بسیاری از موارد، اصلاً تومور رشد نکردند.

هنگامی که محققان به دنبال توضیحی بودند، سلول‌های CD8 T اختصاصی بیضوی را در غدد لنفاوی تخلیه‌کننده پوست، طحال و تومورهایی که به آهستگی رشد می‌کردند، یافتند – به این معنی که فیشباخ گفت، سلول‌های T تولید شده توسط باکتری‌های کلونیزه‌کننده باید حامل این سلول‌ها باشند. همان پتانسیل ایمنی مانند سلول های T کشنده معمولی.

چن گفت: «راستش من انتظار نداشتم کار کند. هر نوع دیگری از تحقیقات واکسن تومور شامل پرتو درمانی، شیمی درمانی یا جراحی است، اما ما به سختی کاری برای این موش ها انجام دادیم. سلول های T کار را برای ما انجام دادند.

15 تومور از 16 تومور ناپدید شد

محققان برای اینکه بفهمند آیا روش آنها می‌تواند ملانوم ایجاد شده را درمان کند یا خیر، سعی کردند سلول‌های سرطانی را تا دو هفته قبل از کلونی‌سازی با اپیدرمیدیس استاف که از نظر ژنتیکی مهندسی شده تزریق کنند.

حتی زمانی که ملانوم به ریه‌ها متاستاز داده بود، درمان با باکتری‌ها اندازه تومورها را به شدت کاهش داد یا آنها را از بین برد و زمان بقای موش‌ها را به طور قابل توجهی بهبود بخشید. این روش همچنین زمانی کار می کرد که محققان به جای اووالبومین از آنتی ژن های ملانوم طبیعی استفاده کردند.

هنگامی که محققان درمان جدید را با نوع دوم ایمونوتراپی که برای تقویت فعالیت سلول های T طراحی شده است، به نام “محاصره نقطه بازرسی” ترکیب کردند، این مزیت حتی بیشتر شد: از 16 تومور ایجاد شده 15 مورد ناپدید شدند. وقتی 30 روز بعد سلول های سرطانی بیشتری به موش ها تزریق شد، تومورها هنوز رشد نکردند.

فیشباخ گفت: «به نظر می‌رسد که این شواهدی از پاسخ ایمنی حافظه است، مشابه آنچه پس از واکسن اتفاق می‌افتد.»

اکنون محققان بر این باورند که ارگانیسم میزبان این سلول‌های T را تولید می‌کند تا اساساً خود را در برابر مستعمره‌نشینان واکسینه کند و از بریدگی‌ها و خراش‌های اجتناب‌ناپذیری که می‌تواند به باکتری‌ها اجازه می‌دهد از سد پوستی عبور کنند، محافظت می‌کند.

فیشباخ گفت: «در این آزمایش‌ها، ما اساساً میزبان را فریب داده‌ایم که فکر کند تومور از نظر باکتری آلوده است و سپس میزبان به شدت آن تومور را دنبال می‌کند.»

دانشمندان همچنین آنتی ژن ملانوما را با آنتی ژن تومور پروستات جایگزین کردند و روش خود را در مدل موش سرطان پروستات آزمایش کردند. باز هم، این درمان به طور چشمگیری رشد تومور را کند کرد، و نشان می دهد که باکتری های استعمار کننده پوست دستکاری شده ژنتیکی می توانند یک پاسخ ایمنی قوی در برابر سرطان پوست ایجاد کنند.

ترجمه درمان به انسان

محققان به سرعت به این نکته اشاره می‌کنند که درمان‌های سرطانی که در موش‌ها ایجاد شده‌اند همیشه در انسان‌ها جواب نمی‌دهند. اما فیشباخ می گوید دلایلی برای امیدوار بودن وجود دارد. اول، یک مطالعه قبلی که توسط یاسمین بلکید، یکی از نویسندگان، رئیس بخش ایمنی متا ارگانیسم در مؤسسه ملی بهداشت انجام شد، نشان داد که اپیدرمیدیس استاف همان نوع پاسخ سلول T CD8 را در پستانداران ایجاد می کند. موش. ثانیاً، در حالی که استاف اپیدرمیدیس معمولاً در عرض چند هفته از پوست موش ناپدید می شود، اکثر انسان ها به طور دائم با برخی از گونه های باکتری کلونیزه می شوند.

فیشباخ گفت: پوست انسان خانه طبیعی اپیدرمیدیس استاف است. در انسان، این حشره به طور موثرتری کلنی می‌شود و به طور بالقوه منجر به تجدید دائمی سلول‌های T خاص تومور می‌شود.»

سایر اشکال ایمونوتراپی سرطان مستلزم جمع آوری سلول های T از بیمار، مهندسی آنها در آزمایشگاه برای تولید آنتی ژن اختصاصی تومور، سپس تزریق مجدد آنها به همان فرد، اغلب با عوارض جانبی شدید است.

فیشباخ می‌گوید: «ما دریافته‌ایم که میزبان روز به روز خود را علیه ارگانیسم‌هایی که در سطوح مانع زندگی می‌کنند واکسینه می‌کند. اگر بتوانیم حتی اندکی از این توجه ایمنی را به سمت سرطان‌های خاص یا بیماری‌های بالقوه عفونی معطوف کنیم، درمان بسیار مؤثر و کم‌هزینه‌ای خواهیم داشت که می‌توان آن را به سادگی روی پوست اعمال کرد.»