工程益生菌可检测肝转移肿瘤

2019-06-11 259细菌益生菌的作用

麻省理工学院(MIT)和加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的工程师们已经设计出一种新的方法来检测已经扩散到肝脏的癌症,方法是向益生菌寻求帮助。益生菌是一种有益的细菌,与酸奶中发现的益生菌类似。

工程益生菌可检测肝转移肿瘤

许多类型的癌症,包括结肠癌和胰腺癌,都倾向于转移到肝脏。医生越早发现这些肿瘤,就越有可能成功治疗。

“如果疾病在肝脏的传播受到限制,医生可以采取一些干预措施,比如局部手术或局部消融,因为肝脏可以再生,这些干预措施是可以容忍的。新数据显示,这些患者的存活率可能更高,因此有必要检测肝脏的早期转移,”来自MIT的Sangeeta Bhatia教授表示。

研究人员用一种无害的大肠杆菌菌株在肝脏上进行了定植,并对这种细菌进行编程,使其产生一种可以通过简单的尿检检测到的发光信号。Bhatia亚和UCSD生物学教授Jeff Hasty发表在《科学转化医学》(Science Translational Medicine)杂志上的一篇论文描述了这种新方法。

工程益生菌可检测肝转移肿瘤

研究背景

此前的研究表明,细菌可以渗透并生长在肿瘤微环境中,那里有很多营养物质,人体的免疫系统受到损害。正因为如此,科学家们多年来一直在努力开发细菌作为癌症治疗的可能载体。

麻省理工学院和加州大学圣地亚哥分校的研究人员几年前就开始探索这一想法,但很快就将他们的努力扩大到包括创造细菌诊断的概念。为了将细菌转化为诊断设备,研究人员对细胞进行工程改造,使其表达一种名为lacZ的天然酶的基因,这种酶能将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖。在这种情况下,lacZ作用于注射到小鼠体内的一种分子,这种分子由半乳糖和荧光素连接而成,荧光素是萤火虫自然产生的一种发光蛋白。荧光素是从半乳糖中分离出来的,并在尿液中排泄出来,在那里,使用普通的实验室测试很容易检测到荧光素。

研究内容

起初,研究人员对开发这些细菌注射到病人体内很感兴趣,但后来决定研究这种细菌口服的可能性,就像酸奶中发现的益生菌一样。为了实现这一目标,他们将诊断电路集成到一种名为Nissle 1917的无害大肠杆菌中,这种大肠杆菌被宣传为促进胃肠道健康的物质。

在对小鼠的实验中,研究人员发现,口服细菌不会在全身的肿瘤中积累,但可以预见,它们不会聚集在肝脏肿瘤上,因为肝门静脉将它们从消化道带到肝脏。

“我们意识到,如果我们给益生菌,我们不能够得到细菌浓度足够高,在肿瘤的身体,但我们假设,如果我们在肝脏肿瘤就会得到最高剂量的口服交付,”来自MIT的Bhatia说。

这使得研究小组开发出一种专门针对肝脏肿瘤的诊断方法。在已经扩散到肝脏的结肠癌小鼠身上进行的试验中,益生菌在90%的转移性肿瘤上都有分布。在小鼠实验中,被给予工程菌的动物没有表现出任何有害的副作用。

更敏感的检测

研究人员将重点放在肝脏上,不仅是因为肝脏是这些细菌的天然目标,还因为传统的成像技术,如CT扫描或磁共振成像(MRI),很难对肝脏成像,使得很难诊断那里的转移性肿瘤。

有了这个新系统,研究人员可以检测出大于1立方毫米的肝脏肿瘤,比现有的成像方法更灵敏。Bhatia说,这种诊断对于监测结肠癌切除后的患者可能最有用,因为他们有在肝脏复发的风险。

哥伦比亚大学(Columbia University)生物科学教授Andrea Califano表示,这项研究“在为探索早期发现癌症的新途径方面具有开创性和发人深省的意义。”

Califano说:“这些细菌可以被改造成破坏癌细胞功能的基因,提供药物,或重新激活免疫系统。”

麻省理工学院的研究小组目前正在研究利用益生菌治疗癌症以及诊断癌症的想法。

工程益生菌可检测肝转移肿瘤

引用

Koch Institute for Integrative Cancer Research at MIT. "Diagnosing cancer with lumninescent bacteria: Engineered probiotics detect tumors in liver." ScienceDaily. ScienceDaily, 27 May 2015.
www.sciencedaily.com/releases/2015/05/150527150946.htm.

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