E. coli Nissle 1917 projetada para entrega de IL bioativa

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12506 (2023) Citar este artigo

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Neste estudo, realizamos uma otimização passo a passo da IL-2 biologicamente ativa para entrega usando E. coli Nissle 1917. A engenharia da cepa foi acoplada a um ensaio celular in vitro para medir a atividade biológica da IL-2 produzida microbianamente (mi -IL2). Em seguida, avaliamos o potencial imunomodulador do mi-IL2 usando um modelo esferóide tumoral 3D, demonstrando um forte efeito na ativação das células imunológicas. Finalmente, avaliamos as propriedades anticancerígenas da cepa modificada em um modelo de tumor murino CT26. A cepa projetada foi injetada por via intravenosa e colonizou seletivamente tumores. O tratamento foi bem tolerado e os tumores dos ratos tratados mostraram uma redução modesta na taxa de crescimento do tumor, bem como níveis significativamente elevados de IL-2 no tumor. Este trabalho demonstra um fluxo de trabalho para pesquisadores interessados ​​na engenharia de E. coli Nissle para uma nova classe de terapia microbiana contra o câncer.

Nas últimas décadas, foram feitos avanços significativos com terapias que aproveitam o sistema imunológico para combater o câncer. Ao contrário da quimioterapia ou radioterapia, os medicamentos imunoterápicos não são diretamente tóxicos para as células cancerígenas. Em vez disso, estes medicamentos ativam as células imunitárias ou direcionam-nas para reconhecer e matar células cancerígenas. Devido à sua eficácia, a imunoterapia está rapidamente a tornar-se um poderoso tratamento de primeira linha contra o cancro1. Curiosamente, as origens desta modalidade de tratamento remontam ao século XVIII. As primeiras observações relatadas foram feitas depois que pacientes com câncer e infecções bacterianas apresentaram regressão tumoral significativa2. Estas observações foram seguidas por tentativas de criar terapias baseadas em bactérias para tratar o cancro, mas os resultados destes estudos foram inconclusivos3. Embora o conceito de utilização de bactérias para modular a resposta imunitária tenha sido abandonado, estas experiências forneceram as primeiras demonstrações grosseiras de uma tentativa de tratar o cancro através do aproveitamento do sistema imunitário através de terapias baseadas em bactérias.

Um recente ressurgimento de estratégias de imunoterapia baseadas em bactérias ocorreu após a observação de que bactérias específicas podem colonizar seletivamente tumores quando injetadas por via intravenosa4,5. Apesar da extensa evidência pré-clínica6,7,8, a tradução de imunoterapias baseadas em bactérias para humanos ainda não se materializou. No entanto, os avanços na biologia sintética fornecem meios de modificar essas bactérias que direcionam tumores para aumentar suas capacidades para aplicações terapêuticas.

O uso de micróbios geneticamente modificados para aplicação terapêutica, também chamados de Advanced Microbial Therapeutics (AMTs), é uma estratégia promissora para entrega local de moléculas e proteínas bioativas no corpo humano. As bactérias podem colonizar e viver em diferentes locais do corpo humano, como pele, intestino e até tumores9. Dessa forma, Salmonella typhimurium tem sido extensivamente estudada para produção de compostos bioativos no microambiente tumoral10,11,12,13. Isto é especialmente útil para entrega local de proteínas com meia-vida curta ou proteínas que são muito tóxicas para serem usadas sistemicamente. Uma dessas classes de proteínas são as citocinas14.

As citocinas são pequenas proteínas sinalizadoras que ajudam a coordenar a resposta imunológica. Eles compreendem uma grande família de proteínas que são secretadas por vários tipos de células e exercem efeitos de sinalização tanto nas células do sistema imunológico quanto em outros tipos de células14. A citocina IL-2 é um poderoso fator de crescimento de células T e células natural killer (NK)15,16. A estimulação de IL-2 é crucial para a ativação e diferenciação de células T e células NK em direção a um fenótipo citotóxico e efetor. As células T CD8+ e as células NK são células efetoras chave que participam na morte direta de células cancerígenas. No entanto, há evidências crescentes de que as células T CD4+ também desempenham um papel fundamental no apoio à atividade antitumoral das células T CD8+, produzindo citocinas necessárias para a sua ativação e diferenciação, bem como matando diretamente as células cancerígenas após o reconhecimento de antígenos tumorais no contexto de complexo principal de histocompatibilidade II17,18. Portanto, a IL-2 é um fator de estimulação chave para impulsionar a citotoxicidade das células imunes em relação às células cancerígenas. Entretanto, o uso clínico da IL-2 é limitado devido à sua alta toxicidade sistêmica, meia-vida curta no plasma e baixa penetração na área alvo19,20.