ایده جدید برای درمان سرطان: مهندسی باکتری برای تخریب تومورهای جامد

درمان سرطان طی دهه های اخیر از شیمی درمانی سنتی به سمت ایمنی درمانی، ژن درمانی و پزشکی دقیق حرکت کرده است. یکی از رویکردهای نوظهور در این حوزه، استفاده هدفمند از میکروارگانیسم ها برای نفوذ به بافت تومور و تخریب آن از درون است. این ایده بر پایه یک ویژگی مهم تومورهای جامد بنا شده است: کمبود شدید اکسیژن در هسته مرکزی آن ها.

پژوهشگران دانشگاه واترلو در کانادا با مشارکت دو محقق ایرانی، راهکاری مبتنی بر مهندسی ژنتیک باکتری ها ارائه کرده اند که می تواند مسیر جدیدی در درمان تومورهای مقاوم ایجاد کند. نتایج این تحقیق در مجله علمی ACS Synthetic Biology منتشر شده است.

نقش پژوهشگران دانشگاه واترلو در توسعه این فناوری

این پروژه در دانشگاه University of Waterloo انجام شده است و هدایت آن را دکتر Marc Aucoin بر عهده داشته است. در این میان، بهرام زرگر، دانشجوی دکتری ایرانی، آغازگر این مسیر پژوهشی بوده و سارا صدر، دیگر پژوهشگر ایرانی، در توسعه آزمایش ها همکاری داشته است.

تمرکز اصلی تیم تحقیقاتی بر موارد زیر بوده است:

• طراحی سویه های مهندسی شده با ایمنی بالاتر
• کاهش خطر تکثیر ناخواسته در بافت های سالم
• توسعه مدل های آزمایشگاهی برای شبیه سازی تومور جامد
• همکاری با مراکز زیست فناوری برای تجاری سازی بالقوه

این گروه همچنین با مجموعه CREM Co Labs در تورنتو همکاری می کند تا مسیر انتقال فناوری از آزمایشگاه به مطالعات پیش بالینی تسریع شود.

استفاده از باکتری Clostridium sporogenes برای هدف قرار دادن تومور

انتخاب نوع باکتری در این روش کاملا هدفمند بوده است. برخی باکتری ها تنها در محیط های فاقد اکسیژن رشد می کنند. از آنجا که مرکز بسیاری از تومورهای جامد دچار کمبود اکسیژن یا هیپوکسی شدید است، این محیط می تواند بستر مناسبی برای رشد کنترل شده چنین میکروب هایی باشد.

در این پژوهش از باکتری Clostridium sporogenes استفاده شده است که ویژگی های زیر را دارد:

• رشد اختصاصی در محیط های کاملا بی هوازی
• توانایی تشکیل هاگ های مقاوم برای ورود به بافت تومور
• مصرف مواد مغذی موجود در هسته تومور
• پتانسیل مهندسی ژنتیک برای افزایش ایمنی و کارایی

هاگ های این باکتری پس از ورود به بدن، در بخش های دارای اکسیژن فعال نمی شوند. اما زمانی که به ناحیه کم اکسیژن تومور می رسند، جوانه می زنند و تکثیر می شوند. این فرآیند می تواند به تخریب تدریجی سلول های سرطانی منجر شود.

چالش اکسیژن و مهندسی ژنتیکی برای کنترل هوشمند باکتری

یکی از موانع اصلی در این رویکرد، مرگ باکتری ها هنگام نزدیک شدن به لبه های تومور است؛ جایی که میزان اکسیژن بیشتر می شود. برای رفع این مشکل، پژوهشگران ژنی را وارد باکتری کرده اند که مقاومت نسبی آن را در برابر اکسیژن افزایش می دهد.

با این حال، فعال شدن دائمی این ژن می تواند خطرناک باشد، زیرا ممکن است باکتری در جریان خون که محیطی غنی از اکسیژن است نیز تکثیر شود. برای جلوگیری از این خطر، یک سیستم کنترلی زیستی طراحی شده است که ویژگی های زیر را دارد:

• فعال سازی ژن مقاوم به اکسیژن فقط در شرایط خاص
• وابستگی عملکرد به سیگنال های شیمیایی ترشح شده توسط خود باکتری ها
• استفاده از مدارهای DNA مهندسی شده برای کنترل دقیق بیان ژن
• جلوگیری از رشد ناخواسته در بافت های سالم

این سامانه کنترلی مبتنی بر زیست شناسی مصنوعی عمل می کند. هرچه تراکم باکتری در محیط تومور بیشتر شود، سیگنال های شیمیایی قوی تر شده و ژن مورد نظر تنها در همان ناحیه فعال می شود. این طراحی، احتمال عوارض جانبی سیستمیک را کاهش می دهد.

جایگاه این روش در آینده درمان سرطان

درمان با باکتری های مهندسی شده بخشی از حوزه گسترده تری به نام درمان های زیستی هدفمند است. این رویکرد می تواند در کنار روش هایی مانند ایمنی درمانی و مهارکننده های نقطه بازرسی ایمنی استفاده شود. به ویژه در تومورهای جامدی که به داروهای متداول پاسخ ضعیف می دهند، چنین فناوری هایی اهمیت بیشتری پیدا می کنند.

مزایای بالقوه این روش عبارت اند از:

• هدف گیری دقیق نواحی کم اکسیژن که اغلب در برابر دارو مقاوم هستند
• امکان ترکیب با ژن های تولید کننده سموم اختصاصی علیه سلول سرطانی
• کاهش آسیب به بافت های سالم در مقایسه با شیمی درمانی
• قابلیت برنامه ریزی ژنتیکی برای عملکرد چند مرحله ای

گام بعدی تیم پژوهشی، ترکیب کامل سیستم کنترل هوشمند با ژن مقاوم به اکسیژن در یک سویه واحد و انجام آزمایش های پیش بالینی روی مدل های حیوانی است. پس از آن، در صورت موفقیت، مسیر کارآزمایی بالینی انسانی آغاز خواهد شد.

جمع بندی

پژوهش انجام شده در دانشگاه واترلو نشان می دهد که مهندسی دقیق باکتری های بی هوازی می تواند به یک ابزار درمانی نوین برای مقابله با تومورهای جامد تبدیل شود. استفاده از Clostridium sporogenes به دلیل سازگاری طبیعی آن با محیط های فاقد اکسیژن، پایه ای علمی برای این راهبرد فراهم کرده است.

اگر آزمایش های پیش بالینی و بالینی آینده موفق باشند، این فناوری می تواند بخشی از نسل بعدی درمان های هدفمند سرطان باشد؛ درمان هایی که به جای حمله گسترده به کل بدن، به طور هوشمند به قلب تومور نفوذ کرده و آن را از درون تخریب می کنند.