Прорыв, совершённый под руководством Гарварда, возможно, значительно приблизил одну из самых футуристических идей медицины к реальности: использование живых бактерий в качестве крошечных фабрик по производству лекарств внутри организма, не позволяя им распространяться в другие области.
В исследовании, опубликованном в журнале Science и кратко изложенном Phys.org, ученые описали более прочный и долговечный имплантируемый материал, предназначенный для безопасного удержания сконструированных бактерий, при этом позволяя им обнаруживать сигналы болезни и высвобождать лечение.
В тестах система помогла бороться с инфекцией у мышей, а также продемонстрировала многообещающие противораковые эффекты в лабораторных экспериментах, где она «значительно снизила» жизнеспособность раковых клеток CT26. Именно это сочетание безопасности и функциональности делает данное достижение особенно примечательным.
Ученые уже много лет интересуются терапевтическими бактериями, потому что микробы могут процветать в местах, куда многим традиционным методам лечения трудно добраться, включая инфицированные ткани, опухоли, воспаленные участки, кожу и слизистые оболочки. Их также можно запрограммировать на реакцию на определенные биологические сигналы, что открывает возможность того, что однажды они смогут доставлять лекарство именно тогда и туда, где это необходимо. Самым большим препятствием всегда была изоляция.
Более ранние подходы часто основывались на гидрогелях — материалах, богатых водой, используемых для заключения сконструированных бактерий внутрь имплантата. Но эти материалы со временем могли ослабевать, особенно по мере расширения бактериальных колоний и их давления наружу или из-за обычных движений тела, создающих нагрузку на имплантат. Исследователи также изучали стратегии генетической изоляции, но бактерии могут эволюционировать, делая эти меры защиты менее надежными в течение длительного времени.
Команда из Гарварда намеревалась решить проблему материалов напрямую. Для этого исследователи разработали имплантируемый каркас из поливинилового спирта (ПВС) — гидрогеля, настроенного таким образом, чтобы он был одновременно более жестким и прочным, чем более ранние версии.
Внутри каркаса они поместили сконструированные E. coli в защитные микрогели. Цель состояла в том, чтобы создать структуру, достаточно прочную, чтобы выдерживать внутреннее давление, создаваемое растущими бактериями, а также выдерживать повторяющиеся физические нагрузки внутри организма.
На ранних этапах тестирования подход показал поразительно хорошие результаты. Когда исследователи оставили материал, наполненный бактериями, в лабораторном питательном бульоне на полгода, они не обнаружили утечки бактерий, сообщает Phys.org.
Механические испытания также показали, что материал обладает примерно в 10 раз большей устойчивостью к усталости по сравнению со старыми материалами на основе агарозы, что означает, что он гораздо лучше выдерживает повторяющиеся нагрузки.
Затем команда перешла к более реалистичному медицинскому сценарию. На модели мыши они имплантировали штифт, содержащий живой материал, а затем ввели Pseudomonas aeruginosa — бактерию, часто связанную с инфекциями, связанными с имплантатами, и известную своей устойчивостью ко многим антибиотикам. Бактерии внутри имплантата были сконструированы таким образом, чтобы обнаруживать P. aeruginosa и в ответ высвобождать антимикробные белки.
У мышей, получивших новый имплантат, уровень инфекции был гораздо ниже, чем в контрольных группах, что позволяет предположить, что бактерии оставались изолированными, продолжая при этом выполнять свою терапевтическую функцию.
Исследователи также протестировали платформу в контексте, связанном с раком. В лабораторных экспериментах сконструированные бактерии внутри имплантата высвобождали индуцибельный порообразующий токсин, и, согласно Phys.org, среда из этих имплантатов заметно снижала выживаемость раковых клеток CT26 по сравнению с контролем.
Если будущие исследования пройдут успешно, такой тип технологии может в конечном итоге открыть дверь к иной модели лечения: имплантатам, которые следят за своим окружением и реагируют автоматически, а не ждут, пока симптомы ухудшатся, и не требуют более высоких доз лекарств, воздействующих на весь организм.
Более целенаправленная терапия может означать меньше побочных эффектов, более раннее лечение инфекций и лучшие варианты для людей, имеющих дело с трудноизлечимыми состояниями, такими как инфекции, устойчивые к антибиотикам, или некоторые виды рака. Поскольку лечение локализовано, это также может снизить потребность в больших системных дозах лекарств, что может помочь ограничить ненужное воздействие лекарств и потенциально уменьшить количество фармацевтических отходов, попадающих в окружающую среду.
Это не означает, что имплантаты на основе бактерий готовы к рутинному использованию у людей. Безопасность для человека, долгосрочные иммунные реакции, долговечность и эффекты при хроническом использовании все еще требуют гораздо更多的 изучения. Но эта работа в конечном итоге может улучшить результаты и снизить нагрузку на пациентов и системы здравоохранения.
Предстоит еще долгий путь до какого-либо применения у людей. Тем не менее, полученные результаты указывают на значительный шаг вперед в более безопасной медицине на основе микробов, который когда-нибудь может помочь врачам бороться с инфекциями и раком с помощью живых методов лечения, которые остаются именно там, где им положено.
Получите бесплатные информационные бюллетени TCD, чтобы получать полезные советы, разумные рекомендации и шанс выиграть 5000 долларов на улучшение дома. Чтобы увидеть больше подобных историй, измените свои настройки Google здесь.