通过可编程细菌彻底改变癌症治疗

如果一美元的剂量就能治愈癌症怎么办?

在联邦资助的支持下，一个由多所大学组成的研究团队正在开发一种高效的细菌疗法，可以更精确地针对癌症，从而通过单次 1 美元剂量使治疗更安全。

传统上，癌症疗法在治疗患者方面的功效有限。有些疗法(例如放疗和化疗)会引起有害的副作用，而另一些疗法往往会导致患者反应性低，更不用说接受治疗所需的费用了。美国癌症协会癌症行动网络的调查结果 显示，73% 的癌症幸存者和患者担心他们将如何支付癌症护理费用，51% 的人表示他们因治疗而欠下医疗债务。例如，最先进的癌症治疗费用可能高达 1,000,000 美元。

德克萨斯农工大学和密苏里大学正在带头开发一种低成本、安全且可控的癌症治疗方法。研究人员从健康高级研究计划局 (ARPA-H)获得了 2000 万美元的资助 ，用于抗击癌症。这个为期四年的项目是本届政府癌症登月计划的一部分，该计划旨在推进和增加癌症研究的资金。这是新成立的机构资助的首批项目之一，旨在通过支持针对社会最具挑战性的健康问题开发高影响力的解决方案，加速为每个人带来更好的健康成果。

快速分析细胞

其中 1200 万美元的赠款将捐给德克萨斯 A&M 工程实验站/德克萨斯 A&M，该站的联合首席研究员 Drs. Arum Han、Jim Song 和 Chelsea Hu 正在开发用于肿瘤环境中免疫定向杀伤的合成可编程细菌(SPIKE)。这个想法是对细菌进行改造，帮助T细胞杀死癌组织，在癌症消失后自我毁灭，并作为人类废物安全地离开身体。

“SPIKE 可以专门针对肿瘤细胞，”德州仪器电气与计算机工程系教授 Han 说。“由于它只针对癌组织而不是周围的健康细胞，因此患者的安全性成倍增加。能够加入这个团队，解决影响很多人的重大健康问题，我感到非常荣幸。”

韩的实验室正在开发高通量微流体系统，该系统可以快速处理和筛选大量细菌治疗库，一次一个细胞，以快速识别最有希望的治疗方法。这些系统通过集成微加工方法和生物技术来实现皮升体积的液体处理系统，该系统可以高精度、高速度地准确分析单个细胞，从而创建快速分析单个细胞的设备。

韩说：“主要的挑战是弄清楚如何真正开发这些复杂的微型设备，使我们能够进行数以百万计的全自动测试，几乎不需要手动或人为干预。” “这就是工程挑战。”

拯救抗肿瘤免疫细胞

在韩创新和设计微型设备的同时，宋——一位拥有微生物发病机制、T细胞生物学和基于T细胞的免疫疗法背景的免疫学家——在过去五年里一直致力于细菌免疫疗法。一种被称为 布鲁氏菌的细菌 可以操纵人体的微环境并促进 T 细胞介导的抗肿瘤免疫，从而治疗至少四种类型的癌症。

“我们正在努力改进 布鲁氏菌 ，以更有效地预防或抑制肿瘤生长，”德克萨斯 A&M 医学院教授宋说。“我们目前的方法包括找出如何改造细菌来拯救抗肿瘤免疫细胞，增强它们杀死肿瘤细胞的有效性。

“迄今为止的数据表明， 布鲁氏菌的有效率显着高于其他癌症治疗方法，例如嵌合抗原受体T细胞疗法和T细胞受体疗法，有效率超过70%，”宋说。

安全可控的治疗

在宋继续使用癌症模型测试细菌的效率的同时，阿蒂·麦克费林化学工程系助理教授、合成生物学家胡正在努力确保活细菌疗法的安全性和可控性。

“ 我们使用的布鲁氏 菌菌株已被证明对宿主是安全的，因为它是减毒版本，这意味着细菌毒力所需的关键基因已被删除，”胡说。“最终，我们希望控制细菌的生长速度、它在肿瘤环境中的生长位置，以及它在完成任务后自毁的能力。”

为了控制生长速度，细菌的基因将被改变以调节其数量并在特定设定点附近振荡。胡还计划在细菌中设计生物传感器，使它们能够区分健康组织和肿瘤组织，以确保它们只在肿瘤微环境中生长。

这种细菌将被设计成具有受体，以确保一旦癌症消失，患者就可以服用抗生素，抗生素将向细菌发出信号，将其自身切成碎片并安全地从患者体内清除。

“作为人类，我们实际上被细菌覆盖，许多疾病是由这些细菌群落不平衡引起的，”胡说。“例如，虽然有些人的胃极其脆弱，但另一些人的胃却很强壮。其背后的科学是，那些具有强大免疫和消化系统的人的肠道内有一个健康的细菌细胞群落。活体疗法有很大的潜力。”

“这是一个非常好的机会，拥有一支令人难以置信的团队，他们拥有专业知识，可以将这项技术推向最前线，”胡说。“因此，我们的目标是进入诊所，为患者提供有效的癌症治疗，每剂价格低于 1 美元。”

用非常规方法攻克难题

其他合作者包括德克萨斯 A&M 健康科学中心的 Zilei Chen 博士和电气与计算机工程系的Xiaoning Qi 博士，以及首席研究员、密苏里大学的 Paul de Figueiredo 博士。

“这项工作的三个关键优势是高安全性、低成本和针对癌性肿瘤的特异性，”韩说。“我们非常高兴我们是第一批获得 ARPA-H 支持的团队之一，ARPA-H 是一个由国会建立和支持的全新机构，旨在真正解决广泛的健康领域的难题。我们正在使用非常规方法来解决难题。高风险、高影响是我们方法的标志。”

这项研究开启的工程细菌的未来应用是无限的。

“对于我们的下一个大项目，我们将共同努力设计细菌来对抗 1 型糖尿病和类风湿关节炎等自身免疫性疾病，”宋说。基于细菌的免疫疗法代表了医学的突破性前沿，提供了彻底改变自身免疫性疾病治疗的潜力。借助有益微生物调节免疫系统的力量，我们即将改变医学的未来。我们的研究和专业知识有望改变数百万人的生活，为他们提供新的希望和更健康的明天。”