Μια καινοτόμος ερευνητική στρατηγική αξιοποιεί βακτήρια που επιβιώνουν χωρίς οξυγόνο, για να επιτίθενται στον καρκινικό ιστό από μέσα.
Μια ερευνητική ομάδα στον Καναδά, επιχειρεί κάτι που μέχρι πρόσφατα έμοιαζε με επιστημονική φαντασία: να χρησιμοποιήσει γενετικά τροποποιημένα βακτήρια για να «φάνε» τους καρκινικούς όγκους από μέσα. Η σχετική μελέτη δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό ACS Synthetic Biology.
- Διαβάστε επίσης – Καρκίνος: Γιατί σήμερα μπορούμε να προλαμβάνουμε περισσότερα και να ζούμε καλύτερα
Η ιδέα βασίζεται σε ένα απλό αλλά ισχυρό βιολογικό χαρακτηριστικό. Στο εσωτερικό πολλών συμπαγών όγκων δεν έχει οξυγόνο, δημιουργώντας το ιδανικό περιβάλλον για την ανάπτυξη συγκεκριμένων βακτηρίων. Οι επιστήμονες προσπαθούν να αξιοποιήσουν αυτή τη φυσική ιδιότητα, ώστε να δημιουργήσουν μια νέα, στοχευμένη θεραπευτική στρατηγική κατά του καρκίνου.
Ο επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, καθηγητής Χημικής Μηχανικής δρ Μαρκ Οκόιν (Marc Aucoin), εξηγεί ότι τα βακτηριακά σπόρια μπορούν να εισέλθουν στον όγκο, να βρουν ένα περιβάλλον πλούσιο σε θρεπτικά συστατικά και χωρίς οξυγόνο και να αρχίσουν να πολλαπλασιάζονται. Με απλά λόγια, το βακτήριο «εγκαθίσταται» στον πυρήνα του όγκου και καταναλώνει τον ιστό, αποδυναμώνοντάς τον.
Το βακτήριο-«όπλο»
Στο επίκεντρο της έρευνας βρίσκεται το Clostridium sporogenes, ένα βακτήριο που βρίσκεται φυσικά στο έδαφος. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του, όπως προαναφέρθηκε, είναι ότι δεν επιβιώνει παρουσία οξυγόνου. Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορεί να αναπτυχθεί σε υγιείς, καλά οξυγονωμένους ιστούς. Μπορεί, ωστόσο, να πολλαπλασιαστεί στο υποξικό, δηλαδή χωρίς οξυγόνο, περιβάλλον του πυρήνα ενός όγκου.
Με άλλα λόγια, το ίδιο το περιβάλλον του όγκου τού επιτρέπει να αναπτυχθεί, ενώ οι φυσιολογικοί ιστοί λειτουργούν αποτρεπτικά. Έτσι, η δράση του περιορίζεται κυρίως μέσα στον όγκο, γεγονός που μειώνει τον κίνδυνο να επηρεαστούν υγιή σημεία του οργανισμού.
Το βασικό εμπόδιο: Το οξυγόνο
Ωστόσο, προέκυψε ένα σοβαρό πρόβλημα. Καθώς τα βακτήρια αναπτύσσονται και κινούνται προς τα εξωτερικά στρώματα του όγκου, όπου υπάρχει μικρή ποσότητα οξυγόνου, αρχίζουν να πεθαίνουν. Έτσι, δεν καταφέρνουν να καταστρέψουν πλήρως τον όγκο.
Αυτό σημαίνει ότι, παρότι μπορούν να αποικίσουν τον πυρήνα του όγκου, δεν καταφέρνουν να τον καταστρέψουν ολοκληρωτικά. Ένα τμήμα του καρκινικού ιστού, εκείνο που βρίσκεται πιο κοντά στα αιμοφόρα αγγεία και άρα δέχεται οξυγόνο, παραμένει εκτός της εμβέλειάς τους.
Για να ξεπεράσουν αυτόν τον περιορισμό, οι ερευνητές προχώρησαν σε μια στοχευμένη γενετική τροποποίηση. Εισήγαγαν στο βακτήριο ένα γονίδιο, από συγγενικό μικροοργανισμό, που εμφανίζει μεγαλύτερη αντοχή στο οξυγόνο. Με αυτή την προσθήκη, το τροποποιημένο βακτήριο μπορεί να επιβιώνει για περισσότερο χρόνο στις παρυφές του όγκου, αυξάνοντας έτσι την πιθανότητα να καταστρέψει μεγαλύτερο μέρος του καρκινικού ιστού.
Η λύση αυτή, όμως, δημιούργησε μια νέα πρόκληση. Αν η ιδιότητα αντοχής στο οξυγόνο ενεργοποιούνταν από την αρχή, τα βακτήρια θα μπορούσαν να επιβιώσουν και σε φυσιολογικούς, οξυγονωμένους ιστούς. Ένα τέτοιο ενδεχόμενο θα ενείχε σοβαρούς κινδύνους. Γι’ αυτό και οι επιστήμονες έπρεπε να βρουν τρόπο ώστε η «ανθεκτικότητα» να ενεργοποιείται μόνο τη σωστή στιγμή και μόνο μέσα στον όγκο.
Βακτήρια – Πώς ελέγχεται η δράση τους
Για να διασφαλίσουν ότι το γονίδιο αντοχής στο οξυγόνο δεν θα ενεργοποιείται πρόωρα, οι επιστήμονες το συνέδεσαν με έναν φυσικό μηχανισμό «αυτορρύθμισης» των βακτηρίων, γνωστό ως quorum sensing.
Τα βακτήρια δεν «γνωρίζουν» πόσα είναι. Όμως κάθε ένα απελευθερώνει στο περιβάλλον του μια μικρή ποσότητα μιας χημικής ουσίας. Όσο αυξάνεται ο αριθμός τους μέσα στον όγκο, τόσο αυξάνεται και η συγκέντρωση αυτής της ουσίας. Οι ερευνητές εκμεταλλεύτηκαν ακριβώς αυτό το φαινόμενο. Προγραμμάτισαν το τροποποιημένο γονίδιο να ενεργοποιείται μόνο όταν η συγκέντρωση της ουσίας φτάσει σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο.
Με άλλα λόγια, το ίδιο το πλήθος των βακτηρίων λειτουργεί ως «διακόπτης». Μόνο όταν έχει ήδη δημιουργηθεί μεγάλη αποικία μέσα στον όγκο, ενεργοποιείται η ανθεκτικότητα στο οξυγόνο. Έτσι μειώνεται ο κίνδυνος τα βακτήρια να επιβιώσουν σε οξυγονωμένες, υγιείς περιοχές του σώματος.
Συνθετική βιολογία: Σαν ηλεκτρικό κύκλωμα, αλλά με DNA
Ο καθηγητής Εφαρμοσμένων Μαθηματικών δρ Μπράιαν Ίνγκαλς (Brian Ingalls) περι- το σύστημα ως ένα «βιολογικό κύκλωμα». Αντί για καλώδια και διακόπτες, χρησιμοποιούνται τμήματα DNA που συνεργάζονται μεταξύ τους με προβλέψιμο τρόπο.
Σε προηγούμενη φάση της έρευνας, η ομάδα είχε ήδη δείξει ότι μπορεί να τροποποιήσει γενετικά το συγκεκριμένο βακτήριο, ώστε να αντέχει περισσότερο στο οξυγόνο. Σε επόμενο πείραμα, προγραμμάτισαν τα βακτήρια να παράγουν μια πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη, ώστε να επιβεβαιώσουν ότι ο μηχανισμός ενεργοποιείται ακριβώς τη στιγμή που σχεδίασαν.
Το επόμενο βήμα είναι να συνδυαστούν όλες οι γενετικές τροποποιήσεις σε ένα ενιαίο στέλεχος βακτηρίου και να δοκιμαστεί σε προκλινικές μελέτες. Δηλαδή σε ελεγχόμενα πειραματικά μοντέλα πριν από οποιαδήποτε εφαρμογή σε ανθρώπους.
Τι σημαίνουν τα ευρήματα
Η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο, εργαστηριακό στάδιο. Δεν πρόκειται για θεραπεία που θα εφαρμοστεί άμεσα σε ασθενείς. Αν τα αποτελέσματα των προκλινικών δοκιμών είναι ενθαρρυντικά, θα ακολουθήσουν τα επόμενα στάδια αξιολόγησης ασφάλειας και αποτελεσματικότητας. Ωστόσο τα ερήματα θεωρούνται μεγάλης σημασίας.
Αν η προσέγγιση αποδειχθεί ασφαλής και αποτελεσματική, θα μπορούσε να προσφέρει:
- μια εξαιρετικά στοχευμένη αντικαρκινική θεραπεία,
- λιγότερη βλάβη σε υγιείς ιστούς,
- δυνατότητα συνδυασμού με υπάρχουσες θεραπείες.
Το πιο ενδιαφέρον στοιχείο είναι ότι δεν πρόκειται απλώς για «χρήση βακτηρίων», αλλά για έναν προγραμματισμένο βιολογικό μηχανισμό με ενσωματωμένες δικλίδες ασφαλείας.
Ένα νέο κεφάλαιο στην αντικαρκινική θεραπεία;
Η ιδέα ότι μικρόβια μπορούν να γίνουν «σύμμαχοι» κατά του καρκίνου δεν είναι εντελώς καινούργια. Όμως η δυνατότητα να προγραμματίζονται με τέτοια ακρίβεια, ώστε να ενεργοποιούνται μόνο όταν και όπου πρέπει, αποτελεί σημαντική εξέλιξη.
Αν τα επόμενα στάδια επιβεβαιώσουν τα ευρήματα, ίσως στο μέλλον μιλάμε για θεραπείες που δεν καταστρέφουν απλώς τον όγκο με φάρμακα ή ακτινοβολία, αλλά τον διαλύουν εκ των έσω, με τη βοήθεια «έξυπνων» βακτηρίων.
Φωτογραφία: istock
