Cell Rep Med | 嚴飛/陳智毅：聲可視化在體調控腫瘤內細菌基因表達治療腫瘤

2024年04月29日19:02:49 健康 8214

引言

以往有研究已經開發了聲反應細菌，它可以通過超聲波精確調節轉基因的表達。然而，為了引導聲波精確地照射這些細菌，可視化這些細菌仍然很困難。

2024年4月18日，中國科學院深圳先進技術研究院嚴飛及南華大學陳智毅共同通訊（楊曜彰為第一作者）在cell reports medicine 在線發表題為「ultrasound-visible engineered bacteria for tumor chemo-immunotherapy」的研究論文，該研究開發了超聲可見的工程細菌，並在其表面用阿黴素(dox)進行化學修飾。

這些工程細菌(ec@dig-gvs)可以產生氣體囊泡(gvs)，為遠程熱療高強度聚焦超聲(hhifu)誘導干擾素(ifn)-g基因的表達提供實時成像指導。ifn-γ的產生可以殺死腫瘤細胞，誘導巨噬細胞從m2表型向m1表型極化，促進樹突狀細胞成熟。dox可在酸性腫瘤微環境中釋放，導致腫瘤細胞免疫原性死亡。ifn-γ和dox的共同作用激活腫瘤特異性t細胞反應，產生協同抗腫瘤功效。該研究為細菌介導的腫瘤化學免疫治療提供了一個有希望的策略。

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將合成生物學技術整合到基因工程細菌中，極大地提高了其對腫瘤內部微環境或外部物理刺激的反應能力，使精細調節治療基因的表達成為可能。目前，已經開發了許多化學、物理和生物方法，結合各種啟動子元件來調節這些基因工程細菌的基因表達。例如，只有當群體密度達到閾值水平時，群體感應系統才用於啟動治療性基因表達。射線照射和光刺激也被用於模擬基因表達，在活體動物中提供了很高的時空精度。

然而，射線照射是電離的，可能對照射路徑中的正常組織造成損傷，並且由於深部腫瘤穿透性差，光入路受到限制。之前的研究開發了一種輕度高溫反應基因迴路，將其整合到細菌中，實現了治療性基因表達的時空可控，大大提高了治療性基因的安全性和有效性。然而，仍然缺乏一種合適的方法來可視化這些基因工程細菌，這些細菌棲息在腫瘤部位進行成像引導聲刺激。

迄今為止，許多成像技術，包括熒光成像(fi)、光聲成像(pai)、放射性核素成像(rni)和磁共振成像(mri)，都是通過外源性造影劑或內源性報告基因標記來觀察細菌的。一般來說，用於標記基因工程細菌的外源性造影劑不能隨著細菌的生長而增殖，導致長期監測這些細菌的困難。在過去的幾十年里，許多遺傳編碼的報告基因，如基於光敏色素的pai報告基因，用於fi的11個紅色熒光蛋白(rfp)基因和用於mri的磁小體，已經被開發出來，使得對這些基因工程細菌進行較長時間的跟蹤成為可能。儘管如此，這些成像模式仍然不是引導聲刺激激活這些基因工程細菌體內輕度高溫反應基因迴路的最佳選擇。

fi和pai穿透組織的能力有限rni和mri都不能實現實時可視化。相比之下，超聲是一種廣泛使用的成像方式，具有許多優點，包括無侵入性、無電離輻射、高組織穿透性和實時成像能力特別是當應用於激活輕度高溫反應基因迴路時，它明顯比其他方式更適合引導高能聲波精確定位深層腫瘤，因為它可以減少兩種不同模式(成像引導和聲刺激)之間的不匹配。最近，一種可以在細菌中產生氣體囊泡(gvs)的聲學報告基因(arg1)被開發出來，賦予了超聲成像這些基因工程細菌在深部腫瘤中的能力。

模式圖（credit: cell reports medicine）

該研究開發了超聲可見工程細菌，用兩個兼容的質粒(一個用於arg1基因，另一個用於輕度超熱反應的ifn-γ基因迴路)進行基因修飾，並在這些細菌的表面用dox進行化學修飾。arg1基因可以產生gvs，使這些細菌通過超聲成像可見定位來自hhifu的聲波，當它們靶向腫瘤時激活輕度高溫反應的ifn-γ基因迴路，表達ifn-γ誘導巨噬細胞從m2表型向m1表型極化，誘導dcs成熟。同時，dox可在酸性腫瘤微環境中釋放，殺死腫瘤細胞，誘導腫瘤細胞的icd，促進腫瘤相關抗原向dcs轉移。ifn-γ和dox共同增強激活抗腫瘤免疫應答，實現協同抗腫瘤作用。該研究提供了一種基於細菌的抗腫瘤化學免疫治療的新策略，通過超聲引導下的hhifu遠程控制基因表達，並通過基因和化學工程細菌作為載體在腫瘤內遞送dox。

https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2024.101512

責編|探索君

排版|探索君

文章來源|「inature」