研究人员正在开发合成可编程细菌重塑癌症治疗

研究人员正在开发合成可编程细菌，以帮助杀死癌组织

德克萨斯农工大学的研究人员正在共同领导一个价值2000万美元的项目，以开发一种价值1美元的癌症治疗方法。

如果一剂一美元就能治愈癌症呢？

在联邦资金的支持下，一个由多所大学组成的研究小组正在开发一种高效的细菌疗法，以更精确地靶向癌症，通过单次1美元的剂量使治疗更安全。

传统上，癌症疗法在治疗患者方面的疗效有限。有些，如放疗和化疗，会引起有害的副作用，而另一些往往会导致患者反应低下，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（Texas A&M University）和密苏里大学（University of Missouri）正在领导开发一种低成本、安全和可控的癌症治疗方法。研究人员从卫生高级研究计划局（ARPA-H）获得了2000万美元的赠款，用于对抗癌症。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，旨在通过支持为社会最具挑战性的健康问题开发高影响力的解决方案来加速为每个人带来更好的健康结果。

快速分析细胞
其中1200万美元的赠款将用于德克萨斯A&M工程实验站/德克萨斯A&M，联合首席研究员Arum Han博士，Jim Song博士和Chelsea 胡博士正在开发合成可编程细菌，用于肿瘤环境中的免疫定向杀伤（SPIKEs）。这个想法是设计细菌来帮助T细胞杀死癌组织，一旦癌症消失，就会自我破坏，并作为人类排泄物安全地离开身体。

“SPIKEs可以特异性靶向肿瘤细胞，”德州仪器电子与计算机工程系教授Han说。“而且由于它只针对癌组织而不是周围的健康细胞，因此患者的安全性呈指数级增加。很荣幸能加入这个团队，解决影响很多人的重大健康问题。

Han的实验室正在开发高通量微流控系统，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，以快速识别最有前途的治疗方法。这些系统通过集成微纳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、高速地准确分析单个细胞，从而创建快速分析单个细胞的设备。

“主要的挑战是弄清楚如何实际开发这些复杂的微型设备，使我们能够在几乎没有人工或人工干预的情况下进行数百万次全自动测试，”Han说。“这就是工程挑战。”

拯救抗肿瘤免疫细胞
在Han创新和设计微器件的同时，具有微生物发病机制、T细胞生物学和基于T细胞的免疫疗法背景的免疫学家Song在过去五年中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，促进T细胞介导的抗肿瘤免疫，以治疗至少四种类型的癌症。

“我们正在努力改善布鲁氏菌，以更有效地预防或抑制肿瘤生长，”德克萨斯农工医学院教授宋说。“我们目前的方法包括找出如何设计细菌来拯救抗肿瘤免疫细胞，提高它们杀死肿瘤细胞的有效性。

“迄今为止的数据显示，布鲁氏菌的效率明显高于其他癌症治疗，如嵌合抗原受体T细胞疗法和T细胞受体疗法，反应率超过70%，”宋说。

安全可控的治疗药物
当Song继续使用癌症模型测试细菌的效率时，Artie McFerrin化学工程系助理教授兼合成生物学家胡正在努力确保活细菌治疗是安全和可控的。

“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，以及它在任务完成后的自毁能力。

为了控制生长速度，细菌的基因将被改变以调节其种群并围绕特定的设定点振荡。胡还计划将生物传感器设计到细菌中，使它们能够区分健康组织和肿瘤组织，以确保它们仅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，患者可以服用抗生素，这些抗生素将发出信号，使细菌基本上将自己切成碎片并安全地从患者体内取出。

“作为人类，我们实际上被细菌覆盖，很多疾病是由这些细菌群落的不平衡引起的，”胡说。“例如，虽然有些人的胃非常脆弱，但其他人的胃很强壮。其背后的科学原理是，那些具有强大免疫力和消化系统的人在肠道中拥有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前线，”胡说。“因此，这种目标是到达诊所，并以每剂不到1美元的价格为患者提供有效的癌症治疗。

使用非常规方法解决难题
其他合作者包括德克萨斯农工健康科学中心的Zhilei Chen博士和电气与计算机工程系的Xiaoning Qian博士，以及密苏里大学的首席研究员Paul de Figueiredo博士。

“这项工作的三个关键优势是高安全性、低成本和特异性靶向癌性肿瘤，”Han说。“我们非常高兴，我们是首批获得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，旨在真正解决广泛健康领域的难题。我们正在使用非常规方法解决难题。高风险、高影响是我们方法的标志。

这项研究解锁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自身免疫性疾病，如1型糖尿病和类风湿性关节炎，”宋说。基于细菌的免疫疗法代表了医学的突破性前沿，具有彻底改变自身免疫性疾病治疗的潜力。利用有益微生物的力量来调节免疫系统，我们正处于改变医学未来的边缘。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。