Dok su proučavali vrstu bakterije koja živi na zdravoj koži svakog ljudskog bića, istraživači sa Stanford Medicine i njihov kolega možda su naišli na moćan novi način borbe protiv raka.
Nakon genetskog inženjeringa bakterije, nazvane Staphilococcus epidermidis, da proizvedu tumorski antigen (protein jedinstven za tumor koji je sposoban da stimuliše imuni sistem), primenili su žive bakterije na krzno miševa sa rakom. Dobijeni imuni odgovor bio je dovoljno jak da ubije čak i agresivnu vrstu metastatskog raka kože, bez izazivanja upale.
„Izgledalo je skoro kao magija“, rekao je dr Michael Fischbach, vanredni profesor bioinženjeringa. „Ovi miševi su imali veoma agresivne tumore koji su rasli na njihovim bokovima, a mi smo im dali nežan tretman gde smo jednostavno uzeli bris bakterija i utrljali ga na krzno njihovih glava.
Njihovo istraživanje objavljeno je na internetu 13. aprila u časopisu Science. Fischbach je stariji autor, a Iiiin Erin Chen, MD, Ph.D., bivši postdoktorant na Stanfordskoj medicini, sada docent biologije na Masačusetskom institutu za tehnologiju, je glavni autor.
Milioni bakterija, gljivica i virusa žive na površini zdrave kože. Ovi ljubazni kolonisti igraju ključnu ulogu u održavanju barijere kože i sprečavanju infekcije, ali postoje mnoge nepoznanice o tome kako mikrobiota kože reaguje sa imunološkim sistemom domaćina. Na primer, jedinstven među kolonizujućim bakterijama, stafilokoka epidermidis pokreće proizvodnju moćnih imunih ćelija zvanih CD8 T ćelije – ćelije „ubice“ odgovorne za borbu protiv teških infekcija ili raka.
Istraživači su pokazali da bi umetanjem tumorskog antigena u stafilokok epidermidis mogli da prevare imuni sistem miša da proizvede CD8 T ćelije koje ciljaju odabrani antigen. Ove ćelije su putovale kroz miševe i brzo su se razmnožavale kada su naišle na odgovarajući tumor, drastično usporavajući rast tumora ili potpuno gašeći tumore.
„Gledanje kako ti tumori nestaju – posebno na mestu udaljenom od mesta gde smo primenili bakteriju – bilo je šokantno“, rekao je Fischbach. „Trebalo nam je vremena da poverujemo da se to dešava.
Fišbah i njegov tim nisu počeli da se bore protiv raka. Hteli su da odgovore na mnogo jednostavnije pitanje: zašto bi organizam domaćina trošio energiju praveći T ćelije dizajnirane da napadnu korisne kolonizujuće bakterije? Naročito zato što su ove T ćelije „specifične za antigen“, što znači da svaka T ćelija ima homing receptor koji odgovara jednom fragmentu bakterije koja ju je aktivirala.
Što je još čudnije, CD8 T ćelije izazvane prirodnim stafilokoknim epidermidisom ne izazivaju upalu; u stvari, izgleda da ne rade baš ništa. Većina naučnika je mislila da se T ćelije izazvane kolonistima moraju fundamentalno razlikovati od običnih T ćelija, rekao je Fischbach, jer umesto da putuju po celom telu da traže svoju metu, izgledalo je da ostaju tačno ispod površine kože, nekako programirane da održavaju mir između bakterije i domaćina.
Da bi testirali da li ove CD8 T ćelije izazvane kolonistima mogu da se ponašaju kao obične T ćelije ubice, istraživači su konstruisali soj stafilokoka epidermidisa da proizvede drugačiji antigen – onaj koji bi generisao T ćelije specifične za model tumora koji se obično proučava kod miševa.
Oni su genetski kalemili mali fragment DNK koji kodira deo proteina koji se zove ovalbumin na površinu epidermidi stafilokoka. Izabrali su ovalbumin jer je konstruisan u mnoge najčešće proučavane tumorske linije miša, uključujući tip agresivnog melanoma, i stoga može delovati kao tumorski antigen kod više vrsta raka.
Zatim su naučnici primenili genetski modifikovane bakterije na zdrave miševe. Pošto je staph epidermidis efikasan kolonizator kože, nisu morali da čiste ili briju krzno životinja, već su jednostavno trljali bakterije na njihovim glavama. Kao što se očekivalo, kolonizacija nije izazvala nikakvu upalu ili infekciju.
Kao kontrole, drugi miševi su tretirani ili bez bakterija, divljim tipom stafilokoka (koji ne eksprimira peptid ovalbumina) ili stafilokokom koji eksprimira toplotom, koji nije mogao da kolonizuje kožu jer je bio mrtav.
Šest dana kasnije, naučnici su miševima ubrizgali ćelije tumora melanoma koje eksprimiraju ovalbumin. Dok su sve tri vrste kontrolnih miševa brzo razvile tumore kože, oni koji su bili lečeni živim, genetski modifikovanim stafilokoknim epidermidisom su rasli tumore mnogo sporije i, u mnogim slučajevima, uopšte nisu rasli tumori.
Kada su istraživači krenuli da traže objašnjenje, pronašli su CD8 T ćelije specifične za ovalbumin u limfnim čvorovima kože, u slezini i u tumorima koji polako rastu – što znači, rekao je Fišbah, T ćelije nastale kolonizujućim bakterijama moraju da nose isti imuni potencijal kao i obične T ćelije ubice.
„Iskreno, nisam očekivao da će to uspeti“, rekao je Čen. „Svaka druga vrsta istraživanja vakcine protiv tumora uključuje zračenje, hemoterapiju ili operaciju, ali jedva da smo uradili nešto ovim miševima. T ćelije su uradile posao umesto nas.“
Da bi saznali da li njihova metoda može da leči uspostavljeni melanom, istraživači su pokušali da ubrizgaju ćelije raka do dve nedelje pre kolonizacije genetski modifikovanim stafilokokom epidermidisom.
Čak i kada je melanom metastazirao u pluća, tretman sa bakterijama je drastično smanjio veličinu tumora ili ih eliminisao, značajno poboljšavajući vreme preživljavanja za miševe. Metoda je takođe funkcionisala kada su istraživači koristili prirodne antigene melanoma, a ne ovalbumin.
Kada su istraživači kombinovali novi tretman sa drugom vrstom imunoterapije dizajniranom da pojača aktivnost T ćelija, nazvanu „blokada kontrolne tačke“, korist je bila još izraženija: 15 od 16 ustanovljenih tumora je nestalo. Kada je miševima ponovo ubrizgano više ćelija raka 30 dana kasnije, tumori još uvek nisu rasli.
„Čini se da je ovo dokaz imunološkog odgovora na pamćenje“, rekao je Fischbach, „slično onome što se dešava nakon vakcine.
Istraživači sada veruju da organizam domaćina proizvodi ove T ćelije da bi se u suštini vakcinisao protiv kolonista, štiteći od neizbežnih posekotina i ogrebotina koje bi mogle omogućiti bakterijama da probiju barijeru kože.
„U ovim eksperimentima, mi smo u osnovi prevarili domaćina da pomisli da je tumor bakterijski inficiran“, rekao je Fischbach, „a onda domaćin agresivno krene za tim tumorom.“
Naučnici su takođe zamenili antigen melanoma antigenom tumora prostate i testirali svoj metod na mišjem modelu raka prostate. Opet, terapija je dramatično usporila rast tumora, što sugeriše da genetski modifikovane bakterije koje kolonizuju kožu mogu da generišu snažan imuni odgovor protiv više od raka kože.
Istraživači brzo ističu da terapije raka razvijene kod miševa ne funkcionišu uvek kod ljudi. Ali Fischbach kaže da postoje razlozi za nadu. Prvo, prethodna studija koju je vodila koautorka dr Iasmine Belkaid, šef odeljenja za imuni sistem metaorganizama u Nacionalnom institutu za zdravlje, pokazala je da stafilokoka epidermidis indukuje isti tip odgovora CD8 T ćelija kod primata kao i kod primata. miševi. Drugo, dok staph epidermidis obično nestaje sa kože miša u roku od nekoliko nedelja, većina ljudi je trajno kolonizovana nekim sojem bakterija.
„Ljudska koža je prirodni dom za stafilokoknu epidermidisu“, rekao je Fischbach. „Kod ljudi, buba će se efikasnije kolonizirati, što potencijalno dovodi do stalnog obnavljanja zaliha T ćelija specifičnih za tumor.“
Drugi oblici imunoterapije kancera zahtevaju sakupljanje T ćelija od pacijenta, projektovanje u laboratoriji da proizvedu tumor-specifičan antigen, a zatim ih ubrizgavaju nazad u istu osobu, često sa teškim neželjenim efektima.
„Otkrili smo da se domaćin vakciniše, iz dana u dan, protiv organizama koji žive na površinama barijera“, rekao je Fišbah. „Ako možemo da usmerimo čak i malo ove imunološke pažnje na specifične vrste raka – ili potencijalno zarazne bolesti – imaćemo veoma efikasnu, jeftinu terapiju koja se jednostavno može primeniti na kožu.
