Bakterie w terapii nowotworów07.10.2009

autor: Katarzyna Szatkowska
słowa kluczowe: nowotwór, bakteria, leczenie

Bakterie jako czynniki terapeutyczne?


Mimo, iż bakterie zwykle uważane są za czynniki chorobotwórcze, już ponad 150 lat temu zaczęto zdawać sobie sprawę, że mogą  mieć one zastosowanie w leczeniu nowotworów. Przypuszczenie takie wysunęli niezależnie dwaj niemieccy lekarze W. Bush i F. Fehleisen po stwierdzeniu regresji guzów nowotworowych u hospitalizowanych pacjentów przypadkowo zainfekowanych Streptococcus pyogenes.

Wiele lat później badania naukowe potwierdziły, że obligatoryjnie lub fakultatywnie beztlenowe bakterie kolonizują preferencyjnie w obrębie guzów litych. Wynika to z różnic fizjologicznych między tkanką zdrową a nowotworową. Sieć naczyń krwionośnych w tej ostatniej jest kręta i nieregularna, gdyż proliferecja zmutowanej tkanki wyprzedza angiogenezę. Sprzyja to tworzeniu obszarów niedotlenowanych i nekrotycznych, czyli środowiska optymalnego dla wspomnianych bakterii.

Wykorzystać  nowotworową hipoksję


Ponieważ hipoksja jest cechą odróżniającą tkankę nowotworową  od zdrowej, można zjawisko to wykorzystać w terapii [1]. Mimo znacznego rozwoju konwencjonalnych metod, wciąż poszukuje się strategii, które działałyby selektywnie na zmienione komórki, oszczędzając komórki prawidłowe. Stosowana powszechnie chemio- czy radioterapia takich możliwości nie daje.

Umiejętność eliminacji komórek charakteryzujących się obniżoną zawartością  tlenu ma szczególne znaczenie. Okazuje się bowiem, że są  one mniej wrażliwe na radioterapię i chemioterapię. W pierwszym przypadku wynika to z faktu, iż promieniowanie jonizujące zabija komórki na skutek indukowania uszkodzeń w DNA. Oporność na leki przeciwnowotworowe wynika natomiast z kilku powodów. Przede wszystkim są niedotlenowane komórki są zwykle oddalone od naczyń krwionośnych, przez co ich ekspozycja na chemioterapeutyki jest utrudniona. Poza tym na skutek niedoboru tlenu proliferacja w tych rejonach jest ograniczona, hipoksja selekcjonuje komórki niepodatne na niedotlenienie. a to czyni je mniej wrażliwymi na terapeutyki. Ponadto sposób działania niektórych leków np. bleomycyny przypomina sposób działania promieniowania.

Trudne początki

Pierwsze eksperymenty dotyczące wykorzystania nowotworowej hipoksji w terapii prowadzono z różnymi szczepami obligatoryjnie beztlenowych bakterii z rodzaju Clostridium [2]. Wykazano, że są one zdolne do swoistej lokalizacji i namnażania w niedotlenowanych regionach guzów nowotworowych, a także powodują ich regresję. Niestety, badania zaniechano po eksperymentach na myszach, które umierały. Przyczyną była albo toksemia, albo wysoka odpowiedź immunologiczna indukowana obecnością mikroorganizmów.

Spróbowano, więc zastosować m.in. atenuowany szczep Salmonella typhimurium, pozbawiony genu odpowiedzialnego za wywoływanie szoku septycznego oraz genu odpowiedzialnego za syntezę puryn. Dzięki temu nie był w stanie replikować w normalnej tkance, ale mógł namnażać się w obszarze nowotworowym, gdzie puryny są dostępne. Dodatkową zaletą fakultatywnie beztlenowej Salmonella typhimurium jest fakt, iż rozwija się już w małych guzach o masie 0,1 g, w odróżnieniu od obligatoryjnie beztlenowych bakterii Clostridium sp., które mogą się rozwijać tylko w niedotlenowanych i nekrotycznych regionach dużych guzów. Niestety badania kliniczne z wykorzystaniem tej bakterii również zakończyły się niepowodzeniem.

System – BDEPT (Bacterially Directed Enzyme Prodrug Therapy)

Ze względu na napotkane problemy postanowiono zmienić nieco podejście i wykorzystać  bakterie onkolityczne jako nośniki terapeutycznych genów [4, 5, 6]. Strategia polega na wklonowaniu do bakterii genów samobójczych, kodujących enzymy przekształcające nieaktywny, nieszkodliwy prolek w substancję cytotoksyczną. Pacjentowi podaje się najpierw bezpieczną dawkę bakterii, które kolonizują obszar nowotworowy, namnażają się i eksprymują heterologiczne białko - odpowiedni enzym. Do najbardziej popularnych i najczęściej wykorzystywanych należą: deaminaza cytozyny konwertująca 5-fluorocytozynę w 5-fluorouracyl oraz nitroreduktaza aktywująca prolek CB 1954. Następnie wstrzykuje się nietoksyczny prolek, który zostaje przekształcony do aktywnej, cytotoksycznej formy tylko w obszarze nowotworu, gdyż tam znajdują się bakterie produkujące odpowiedni enzym.

Inne sposoby modyfikacji bakterii

Jeszcze innym podejściem jest modyfikowanie bakterii tak by produkowały cytokiny (np. TNFα) zwiększające wrażliwość guza na radiację i/lub wywoływały odpowiedź immunologiczną gospodarza [3]. Inną możliwością jest umieszczenie genów aktywujących proleki pod kontrolą promotora indukowanego promieniowaniem, a więc również pozwalające na selektywne niszczenie nowotworów.

Wciąż pozostaje sporo do zrobienia

Opisane systemy wydają  się bardzo obiecujące. Jednakże wciąż zostaje do przezwyciężenia sporo problemów, takich jak niecałkowita liza guza, toksyczność, narastająca oporność na chemioterapeutyki czy nieefektywnośc w stosunku do przerzutujących nowotworów. Miejmy jednak nadzieję, że dalsze badania nad zastosowaniem onkolitycznych bakterii w terapii genowej wyposażą nas wkrótce w nową broń w walce z rakiem.

Literatura

  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.

 

Przeczytaj również artykuły o raku żołądka, raku płuca, raku piersi powodowanym przez mutację w genie BRCA1, nowotworowych komórkach macierzystych, immunoterapii w terapii czerniaka oraz wirusoterapii w zwalczaniu nowotworów.

ISSN 1689-7730