Génmódosított baktériumok melanóma kezelésében

A Stanford University Medical Center kutatói a Science hasábjain április 14-én megjelent cikkükben egy olyan módszerről számoltak be, amely nagy segítséget jelenthet különböző ráktípusok kezelésében. Az emberi bőr felületén természetes módon megtalálható egyik baktérium, a Staphylococcus epidermidis génmódosított változata olyan tumorantigéneket tud termeltetni a szervezettel, amely egér modellszervezetekben még az áttétes melanóma tumorokat is képes volt nagy mértékben visszaszorítani vagy akár eliminálni.

A felfedezés története

Az egészséges bőr felületén milliószám élő különböző baktériumok, gombák és vírusok barátságos kolonisták, amelyek kulcsszerepet töltenek be a bőr barrier funkcióinak fenntartásában, a fertőzések prevenciójában. Igen kevés ismeretünk van viszont arról, hogy ezek hogyan kommunikálnak az immunrendszerünkkel. A kutatók ebben a vizsgálatban eredetileg egyáltalán nem a rák valamilyen eddig ismeretlen terápiás módszerét szerették volna tesztelni, hanem egy szokatlan jelenségnek eredtek a nyomába: a Staphylococcus epidermidis baktérium ugyanis olyan CD8 T-sejteket termeltet a szervezettel, amelyek egyrészt nem okoznak gyulladást, másrészt látszólag nem csinálnak semmit, teljesen tétlenek, ráadásul a helyükön maradnak. A kutatók arra voltak kíváncsiak, hogy miért éri meg egy gazdaszervezetnek olyan T-sejteket létrehozni, amelyek tétlenek és hogyan lehet az, hogy ezek a T-sejtek antigén-specifikusak, azaz olyan receptorral rendelkeznek, amely pont azon baktériumhoz képes kapcsolódni, amely aktiválta az immunsejtet?

Eddig leginkább azt valószínűsítették, hogy ezek a kolonisták által aktivált CD8 T-sejtek alapvetően különböznek a szervezetben képződő T-sejtektől, mivel ahelyett, hogy a szervezetben keringve vadásznának célpontjukra, egyáltalán nem mozdulnak el a bőr alatti helyükről, ezért feltehetően a gazdaszervezet és a baktérium közötti békés együttélést, egyensúlyt biztosítják. A mostani vizsgálatban a kutatók arra voltak kíváncsiak, hogy ezek a kolonisták által aktivált CD8 T-sejtek képesek-e a már ismert, szabályos killer T-sejtekhez hasonlóan viselkedni. Ennek érdekében génszerkesztéssel egy olyan Staph. epidermidis törzset hoztak létre, amely egy megszokottól eltérő antigént termelt - egy olyat, amelyek az egerekben elterjedten kutatott tumormodellre specifikus. Ezért egy olyan DNS-szakaszt építettek be a baktériumok genomjába, amely az ovalbumin fehérje egy részletét kódolta a baktérium felszínén. (Azért választották az ovalbumint, mert korábban ezt már számos egértumor-sejtvonalba, köztük agresszív melanóma modellekbe is sikerült beépíteni.)

Ezt követően a kutatók a genetikailag módosított baktériumokat egészséges egereken “alkalmazták”. Mivel a Staph. epidermidis igen hatékonyan kolonizálja a bőrt, nem is volt szükség arra, hogy az állatok bundáját megtisztítsák vagy leborotválják, egyszerűen bedörgölték a fejüket a kivonattal. Az első eredmény az volt, hogy a várakozásoknak megfelelően az egereknél nem alakult ki gyulladás. Kontrollként más egereket vagy semmilyen baktériummal, vagy vad típusú Staph. epidermidisszel (mely nem expresszálta az ovalbumin peptidet) vagy hővel elölt ovalbumin-expresszáló baktériummal kezeltek, ami nem kolonizálta a bőrt. Hat nappal a bedörgöléses kezelést követően a kutatók ovalbumint expresszáló melanóma tumorsejteket injektáltak az állatokba: míg a három kontroll csoport egereinél igen gyorsan bőrdaganatok fejlődtek ki, az élő, génmódosított baktériumokkal kezelt egereknél a tumorok növekedése sokkal lassabb volt, sok esetben pedig egyáltalán nem jelentek meg daganatok.

Amikor a kutatók a jelenség magyarázatát keresték, arra figyeltek fel, hogy ovalbumin-specifikus CD8 T-sejtek találhatók a bőr alatti nyirokcsomókban, a lépben és a lassan növekvő tumorokban is. Ez azt jelentette, hogy a kolonizáló baktériumok által aktivált T-sejtek immunológiai potenciálja hasonló a “reguláris” T-sejtekéhez. A kutatás egyik vezetője, Yiyin Erin Chen szerint “őszintén szólva erre nem számítottunk. Szinte minden tumorvakcina-kutatás alkalmaz besugárzást, kemoterápiát vagy sebészeti eltávolítást, mi pedig alig csináltunk valamit az egerekkel - a T-sejtek végezték el helyettünk a munkát.”

Hogy kipróbálják, vajon már kialakult melanóma kezelésére is felhasználható-e ez a módszer, a kutatók két héttel korábban injekciózták az egerekbe a ráksejteket, mielőtt a génmódosított baktériumokkal bedörgölték volna őket. Legnagyobb meglepetésükre a daganatok még akkor is drasztikus zsugorodásnak indultak, ha a melanóma már tüdőáttéteket is képzett az állatokban, vagy a tumorok teljesen fel is szívódtak, ami jelentősen meghosszabbította az egerek túlélését. És a módszer akkor is működött, amikor a kutatók nem ovalbumint, hanem természetesen előforduló melanóma antigéneket alkalmaztak. Amikor pedig a kezelést ellenőrzőpont-gátlással (checkpoint-blockade) is kiegészítették: a már kialakult tumorok közül 16-ból 15 eltűnt. Amikor az egereket 30 nappal később ismét ráksejtekkel oltották be, a tumorok még mindig nem indultak növekedésnek.

A cikk egyik vezető szerzője, Michael Fischbach szerint ez egy olyan immunmemória-válaszra hasonlít, amit vakcinák beadását követően szoktunk észlelni.

A kutatók szerint a Staphylococcus epidermidis által aktivált T-sejtek lényege, hogy a szervezet saját magát immunizálja a felületen élő bőrkolonistákkal szemben, hogy az elkerülhetetlenül bekövetkező hámsérülések során a baktériumok ne törhessenek át a bőrön.

Fischbach szerint a fenti kísérletekben azt sikerült elhitetni a gazdaszervezetek immunrendszerével, hogy a tumorok bakteriális fertőzést jelentenek, így az immunrendszer agresszív módon lépett fel a baktériumoknak hitt daganatokkal szemben. A kutatók megpróbálták azt is, hogy a melanóma antigént prosztatarák antigénnel cserélték ki, majd ezt egy egér modellszervezeten tesztelték. A terápia hatására ebben az esetben is drámai módon lelassult a tumorok növekedése, ami arra utal, hogy a genetikailag módosított bőrkolonizáló baktériumok nem csak a bőrrák kezelésében használhatók fel.

A kutatók szerint egyelőre óvatosan kell bánni az eredményekkel, mert több esetben igazolódott, hogy az egereken kifejlesztett terápiás módszerek humán alkalmazás során nem bizonyultak hatásosnak. Fischbach szerint azonban két ok is van a reménykedésre: egyrészt az NIH kutatója, Yasmine Belkaid egy korábbi kutatásában már kimutatta, hogy a Staphylococcus epidermidis által kiváltott CD8 T-sejt válasz a főemlősöknél megegyezik az egerekben kiváltott válasszal, másrészt míg ez a baktérium egerek bőréről általában pár hét alatt eltűnik, a legtöbb ember bőrén a baktérium valamely törzse permanens módon megtalálható. Az emberi bőr tehát a Staphylococcus epidermidis természetes élőhelye, és ez a hatékonyabb kolonizáció képes lehet a tumorspecifikus T-sejtek folyamatos utánpótlását biztosítani. Jelenleg a rák immunterápiájának más formáiban az adott beteg T-sejtjeinek levételére, majd laboratóriumban történő gépszerkesztésére van szükség a tumor-antigén termeltetéséhez, ezt követően pedig vissza kell injekciózni a sejteket a beteg szervezetébe, ami gyakran jár súlyos mellékhatásokkal.

Fischbach szerint “azt fedeztük fel, hogy a gazdaszervezet saját magát képes vakcinázni éjjel és nappal olyan szervezetek ellen, amelyek a barrier felületeken találhatók. Ha képesek leszünk ennek az immunaktivitásnak csak egy kis részét is adott ráktípusok - vagy akár fertőző betegségek - ellen fordítani, egy igen hatásos, olcsó, és a bőrfelületen alkalmazható terápiás eljárás áll majd rendelkezésünkre.”

Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:

Engineered skin bacteria induce antitumor T cell responses against melanoma

Scientists find microbes on the skin of mice promote tissue healing, immunity

Non-classical Immunity Controls Microbiota Impact on Skin Immunity and Tissue Repair

Researchers use skin-colonizing bacteria to create a topical cancer therapy in mice

Irodalmi hivatkozás:

Y. Erin Chen et al, Engineered skin bacteria induce antitumor T cell responses against melanoma, Science (2023). DOI: 10.1126/science.abp9563