Может инженерии бактерий помочь борьбе против рака?
Ракеш K. Jain* и Нил С. Форбс
+ Автор связи

Эдвин Л. Стил лаборатория, отдел радиационной онкологии, Massachusetts General Hospital и Гарвардской медицинской школы, Boston, MA 02114
Гипоксия и гипоксия являются патофизиологических характеристик наиболее солидными опухолями (1, 2). На протяжении почти 150 лет, непатогенных, анаэробных бактерий, которые преимущественную локализацию и распространится на регионы гипоксической опухолей были исследованы в качестве экспериментальных методов лечения опухолей человека, и с переменным успехом (табл. 1). В последние годы наблюдается возрождение интереса к использованию этих бактерий в качестве инновационного средства доставки для генной терапии (табл. 1). Теперь, как описано в этом вопросе ООПТ, Vogelstein и сотрудников (11) Создали новый штамм анаэробные бактерии, лишенные своих токсичных генов, что приводит к резким и продолжительным регрессии опухоли при подкожном систематического ведения обычные наркотики. Эта стратегия, именуемая сочетании бактериолитический терапия (кобальт), добавляет новое оружие в войне против рака. Однако все еще существуют препятствия, которые необходимо преодолеть, прежде чем оно может быть безопасно использоваться в клинике.

По иронии судьбы, опухоли метаболического скомпрометированы микросреды предоставляет убежище для ряда анаэробных бактерий.


Просмотр этой таблице:
В этом окне В новом окне Таблица 1 Примерами бактериолитический терапия опухолей IN VIVO

В опухоли, кровеносные сосуды структурно и функционально ненормальным, в результате чего во времени и пространстве гетерогенного кровотока (19, 20). Такое разнообразие затрудняет доставку крови терапии для всех раковых клеток и приводит к острой и / или хронической гипоксической и кислой регионов в опухоли (Рис. 1). Эти условия снижают эффективность излучения и некоторых химиотерапевтических агентов и выбрать для раковых клеток, которые являются более агрессивными, метастатический, и устойчивы к различным терапии (2, 21).


Просмотр увеличенной версии:
На этой странице В новом окне
Скачать как слайдов PowerPoint Рисунок 1 Схема microenvironmental трех регионов в центрально-некротических опухоли. Спонтанных опухолей может состоять из многих таких очаги некроза. Уменьшение величины различные физиологические параметры указаны как + + +, + +, +, + / -, и -.

По иронии судьбы, опухоли метаболического скомпрометированы микросреды предоставляет убежище для ряда анаэробных бактерий. И действительно, за последние 50 лет несколько штамма факультативных и облигатных анаэробных бактерий были показаны по локализации и причина в лизис пересаженных опухолей у животных (табл. 1). Эти предварительные исследования на животных были столь обнадеживающими, что клинические испытания с использованием Clostridium началось в 1960-х (8). К сожалению, результаты были не столь впечатляющими, как ожидалось, и были прекращены судебные процессы.

Так почему же там всплеск интереса в использовании бактерий для лечения солидных опухолей? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно изучить критерии для идеальной бактерия противоопухолевых препаратов.

Они должны быть: (Я) Нетоксичен к хосту; (II) Только в состоянии воспроизвести в опухоль; (III) Подвижных и способный разогнать равномерно по всей опухоли (в том числе и гипоксической некротической регионов); (IV) Медленно и полностью исключить из принимающих; (V) Nonimmunogenic и (VI), Способных причинить лизис опухолевых клеток посредством прямой конкуренции за питательные вещества, локализовано производство цитотоксинов или производства терапевтических усилителей.

В последние десятилетия достигнут значительный прогресс был достигнут по каждому из этих направлений. Несколько подходы были использованы для удаления токсинов гены бактерии (16, 17). Например, Данг и др.. (11), Используемого теплового шока по ликвидации летальные гены от токсин Clostridium NOvyi, Расположенных в пределах фага эписома. Современные молекулярно подходы могут быть использованы раз геномов различных штаммов бактерии становятся доступны (22, 23). Конечно, использование естественных непатогенных бактерий (например, Clostridium oncolyticum) Может избежать токсичности проблема. Кроме того, методы, разработанные для передачи генетического материала в другой, чем бактерии Escherichia Coli, Например, анаэробные бактерии Clostridium acetobutylicum (24) И Bifidobacterium Longum (25), Имеют потенциал для модуляции токсичность, подвижность, и экспрессия белков терапевтической бактерий.

Пока нет быстрые, надежные и недорогие методы для выявления идеального бактерии. Данг и др.. (11) Скрининг 26 штаммов бактерий для их способность распространяться равномерно в течение плохо васкуляризированными регионов опухолей. Бактерии были выбраны видел растет во всем расширенном некроза опухолей регионов после системного введения споры. По-видимому, бактерии разрушают жизнеспособных клеток на границе некроза региона, а также использование продуктов разложения как питательные вещества. Однако, это лечение не искоренению опухоли полностью, оставляя кольцо жизнеспособных клеток в опухоли периферии. Чтобы убить клетки в жизнеспособное кольца, Данг и др.. решили объединить бактериолитический терапия с низким молекулярным весом обычной химиотерапии (митомицином С и cytoxan). Их обоснования было то, что бактерии будут лизировать опухоль изнутри, и с низкой молекулярной массой химиотерапевтических агентов нападут на раковые клетки в хорошо озарен, Non-некротических региона, концепции, используемой с 1964 года (7) (Табл. 1).

Для усиления эффекта от химиотерапии (митомицином С и cytoxan) и бактерии, Данг и др.. использовали dolastatin (Д-10), antivascular агента. Насколько нам известно, это первый раз antivascular терапия была объединена с бактериолитический терапии. Преимущество этого помимо кобальта, как описано Данг и др.., Является то, что сосудистый стаз увеличивает степень гипоксии, тем самым увеличивая размер региона, пострадавшим от C. новый. Представляется, что эта комбинация является преобладающей причиной эффективности кобальта. Проблема с низким молекулярным весом химиотерапии является то, что они быстро очищается от озарен регионах (т. е. жизнеспособное кольца) (26). Дополнительным преимуществом в том числе antivascular агентов, которые приводят к сосудистой выключения является то, что они могут ловушку extravasated молекул в опухоли (27), Повышая тем самым воздействие терапевтических средств при комбинированной терапии.

Действительно, кобальт сделал терапия дает впечатляющие результаты. Данг и др.. рассматриваются два различных линиях вырос подкожной опухоли у мышей и наблюдается регресс опухоли и наиболее полного выздоровления в значительной части мышей, которые выжили. Ли аналогичные ставки лечение может быть достигнуто с кобальтом в ортотопической и спонтанных опухолей должно быть рассмотрено.

COBALT Кроме того, существует ряд других стратегий, которые усиливаются бактериолитический терапии. Одним из них является инженером бактерии производить провоспалительных цитокинов (например, фактор некроза опухоли α), которые повышают чувствительность опухоли к лучевой терапии и / или вызывают иммунный ответ (28). Другим подходом является бактерия-направленный фермент пролекарство терапии (BDEPT), изменение антитело-направленный фермент пролекарство терапия (ADEPT). В рамках этого подхода, ориентации бактерии разработаны для производства ферментов, которые можно активировать в течение пролекарств опухоли (9, 29). Еще одной возможностью является местом гены пролекарство активация ферментов-под контроля радиационной ИНДУЦИРУЕМОГО промоутеров обеспечить пространственное и временное управление, что позволит селективный убийство опухолевые клетки, щадя нормальных клеток (28, 30).

Итак, какие потенциальные проблемы с бактериолитический терапии? Во-первых, существует непосредственная проблема, с которыми сталкиваются Данг и др..: Токсичность. Даже после удаления токсинов гены, кобальт терапия привела к ~ 15-45% смертности у мышей. Является ли это вызвано так называемым синдромом лизиса опухоли (31) Или истечение токсичные продукты бактериального не известно. Определение токсинов освобожден благодаря быстрому лизиса опухоли, либо крупными колониями Clostridium содержащиеся в опухоли, является необходимым для облегчения токсичности. Токсины, выраженное бактерии могут быть выявлены после Полное секвенирование соответствующего генома. Известный стратегий затем может быть использована для решения конкретных токсинов. С другой стороны, уменьшение токсичности побочных продуктов низким молекулярным весом умирающих клеток потребует тщательного контроля скорости лизиса опухоли.

После выпуска системной токсичности и неполных лизиса опухоли рассматриваются, есть и другие потенциальные опасности, которые могут препятствовать успеху терапии кобальта в клинику. Наиболее значительным из них является приобретение устойчивости к лекарствам, что снижает эффективность химиотерапии использовали стандартные кобальта после неоднократного обращения. Даже новые лекарства, такие как Gleevec сталкиваются с этой застарелой проблемы (32). Однако, антиангиогенная и antivascular агенты могут быть менее восприимчивы к этому типу сопротивления (21, 33). Комбинированная терапия бактериолитический antiangiogenesis (боевых действий) может, таким образом, преодолеть или обойти проблему лекарственной устойчивости.

Третьего и более трудной проблемой является то, что лечение малыми Non-некротических метастазами больших первичных опухолей. Нынешняя стратегия заключается в лечении метастазов как можно раньше, с обычной химиотерапии до наступления физиологических и / или множественной лекарственной устойчивости. COBALT потребуется одна ждать, пока метастазы гипоксической / некротические регионов. Поскольку метастазов является основной причиной смертности от рака (34), Мы задаемся вопросом, будет ли возможным инженер бактерии, которые могут локализовать в малые ортотопической опухолей и их метастазов спонтанно, которые не содержат большое гипоксической регионов? Такие бактерии не только будет способствовать лечению метастазов, но и их раннего обнаружения с помощью молекулярных методов визуализации.

Следующий разделБлагодарности
Мы благодарим доктора. Бренд Фентон и Мартина Брауна за полезные обсуждения.

Предыдущий разделСледующий разделСноски
↵ * Кому перепечатке просьба должна быть решена. Электронная почта: jain@steele.mgh.harvard.edu.
См. спутником статью на стр. 15155.
Copyright © 2001 году Национальная Академия Наук Предыдущий раздел Список литературы
↵Helmlinger G, Юаней F, Dellian М, Джайн Р К(1997) Nat Med 3:177--182, PMID:9018236. CrossRefMedlineВеб-Наука↵Коричневый J M, Giaccia J(1998) Cancer Res 58:1408--1416, PMID:9537241. Аннотация/БЕСПЛАТНО Полный текстПаркер R C, Пламмер H C, Siebenmann C O, Чепмен М G(1947) Proc Soc Exp Biol Med 66:461--467.
Мальмгрена R, Flanigan C C(1955) Cancer Res 15:473--478, PMID:13240693.
Месе J R, Месе G(1964) Cancer Res 24:212--216, PMID:14115686.
Герике D, Энгельбарт К(1964) Cancer Res 24:217--221, PMID:14115687.
↵Тиль Е Н, Арисон Р Н, Боксер G E(1964) Cancer Res 24:222--233, PMID:14115688.
↵Кэри R W, Голландия Я Ф, Whang H Y, Нетер E, Брайант B(1967) Eur J Cancer 3:37--46.
↵Леммон M J, Ван Zijl П, Фокс М Е, Mauchline M L, Giaccia J, Минтон Н П, Коричневый J M(1997) Там Гена 4:791--796, PMID:9338007. CrossRefMedlineВеб-НаукаТейс J, Landuyt W, Nuyts S, Ван Mellaert L, Ван Oosterom A, Ламбин П, Анна J(2001) Cancer Gene Там 8:294--297, PMID:11393282. Medline↵Данг L H, Bettegowda C, Huso D L, Kinzler K W, Фогельштейн B(2001) Proc Natl Acad Sci USA 98:15155--15160, PMID:11724950, . (Впервые опубликован 27 ноября 2001; 10.1073/pnas.251543698). Аннотация/БЕСПЛАТНО Полный текстKohwi Y, Имаи К, Тамура Z, Хасимото Y(1978) Ганна 69:613--618, PMID:729960. MedlineВеб-НаукаКимура Н Т, Танигучи S, Аоки К, Бабы Т(1980) Cancer Res 40:2061--2068, PMID:6989495. Аннотация/БЕСПЛАТНО Полный текстYazawa К, Фухимори М, Амано J, Кано Y, Танигучи S(2000) Cancer Gene Там 7:269--274, PMID:10770636. CrossRefMedlineВеб-НаукаYazawa К, Фухимори М, Накамура Т, Сасаки Т, Амано J, Кано Y, Танигучи S(2001) Breast Cancer Res Treat 66:165--170, PMID:11437103. CrossRefMedlineВеб-Наука↵Низко К Б, Ittensohn М, Le Т, Платт J, Сода S, Амосс М, Ясень O, Кармайкл E, Chakraborty A, Фишер J, и др..(1999) Nat Biotechnol 17:37--41, PMID:9920266. MedlineВеб-Наука↵Клермонт C, Ли K C, Pike J, Ittensohn М, Низко К Б, Павелек J, Bermudes D, Бречером S M, Margitich D, Turnier J, и др..(2000) J Infect Dis 181:1996--2002, PMID:10837181. CrossRefMedlineВеб-НаукаФишер B, Коричневый A, Wolmark N, Фишер Е Р, Редмонд C, Wickerham D L, Margolese R, Димитров N, Pilch Y, Стекло A, и др..(1990) Рак 66:220--227, PMID:2196108. Medline↵Джайн Р К(1988) Cancer Res 48:2641--2658, PMID:3282647. Аннотация/БЕСПЛАТНО Полный текст↵Джайн Р К(1998) Nat Med 4:655--657, PMID:9623964. CrossRefMedlineВеб-Наука↵Carmeliet П, Джайн Р К(2000) Nature (London) 407:249--257, PMID:11001068. CrossRefMedline↵Макклеланд М, Sanderson K E, Spieth J, Клифтон S W, Latreille П, Кортни L, Porwollik S, Али J, Данте М, Du F, и др..(2001) Nature (London) 413:852--856, PMID:11677609. CrossRefMedline↵Parkhill J, Дуган G, Джеймс К Д, Thomson Н Р, Pickard D, Медведица J, Churcher C, Mungall K L, Bentley S D, Холден П, и др..(2001) Nature (London) 413:848--852, PMID:11677608. CrossRefMedline↵Oultram J D, Пек H, Брем J K, Томпсон Д Е, Swinfield T J, Минтон Н П(1988) Mol Gen Genet 214:177--179, PMID:3147372. CrossRefMedline↵Мацумура H, Такеучи A, Кано Y(1997) Biosci Biotechnol Biochem 61:1211--1212, PMID:9255988. Medline↵Джайн Р К, Бакстер L T(1988) Cancer Res 48:7022--7032, PMID:3191477. MedlineВеб-Наука↵Pedley Р Б, Хилл S, Боксер Г М, Флинн A A, Боден R, Уотсон R, Dearling J, Чаплин D J, Begent R H(2001) Cancer Res 61:4716--4722, PMID:11406542. Аннотация/БЕСПЛАТНО Полный текст↵Nuyts S, Ван Mellaert L, Тейс J, Landuyt W, Босманс E, Анна J, Ламбин П(2001) Там Гена 8:1197--1201, PMID:11509951. CrossRefMedline↵Фокс М Е, Леммон M J, Mauchline M L, Дэвис T O, Giaccia J, Минтон Н П, Коричневый J M(1996) Там Гена 3:173--178, PMID:8867865. MedlineВеб-Наука↵Nuyts S, Ван Mellaert L, Тейс J, Landuyt W, Ламбин П, Анна J(2001) Radiat Res 155:716--723, PMID:11302769. CrossRefMedline↵Альтман A(2001) Семин Oncol 28:3--8, PMID:11343271.
↵МакКормик F(2001) Nature (London) 412:281--282, PMID:11460142. CrossRefMedline↵Фолкман J
Браунвальд E, Фаучи S, Каспер D L, Hauser S L, Лонго D L, Джеймсон J L
(2001) В Харрисон Учебник по внутренней медицине, ЭЦП Браунвальд E, Фаучи S, Каспер D L, Hauser S L, Лонго D L, Джеймсон J L (McGraw-Hill, Нью-Йорк), С 517--530.
↵Фидлер И Й, Сингх Р К, Йонеды J, Кумар R, Сюй L, Донг Z, Биленберг D R, Маккарти М, Эллис L M(2000) Cancer J Sci Am 6:S225--S236.
http://www.pnas.org/content/98/26/14748.full