科学家用近红外光编程细菌治疗肿瘤

严循东  2023年5月20日

肿瘤细菌疗法是一种以细菌为主体的肿瘤疗法。但天然菌株的毒性较强、疗效不稳定，限制了肿瘤细菌疗法的应用。合成生物学技术的快速发展为这一疗法提供了新的契机。11日，记者从中国科学院深圳先进技术研究院获悉，该院合成生物学研究所金帆课题组成功将铜绿假单胞菌菌株改造为具有实体瘤治疗功效的工程菌。在治疗过程中，该工程菌的全局表型可被近红外光的辐照程序精确控制，从而实现更有效的消融瘤体治疗效果，具有巨大的潜在应用价值。相关成果刊发于《国家科学评论》。

“理想的治疗过程应当对细菌行为进行动态控制。”金帆认为。然而目前大多数肿瘤细菌疗法通常只专注于某一步骤的优化，而忽视对整个治疗过程的控制。此外，在现有的肿瘤细菌疗法中，细菌瘤内定殖能力主要依赖于自身，这种天然的定殖能力能否在不同的肿瘤环境中维持也是存疑的。

金帆表示，基于以上考虑，他们希望利用合成生物学技术对细菌的功能进行全新设计，开发一种可同时控制黏附、定殖与药物释放的新型活菌载体用于肿瘤治疗，通过对治疗流程的优化，实现肿瘤疗效的增强。

受自然界中细菌生存方式的启发，研究团队为工程菌设计了浮游状态和生物被膜状态两种表型，以实现对其定殖能力的控制，其中浮游状态细菌的定殖能力较弱，能够减少对正常组织的伤害；而生物被膜状态细菌的定殖能力较强，能够增加其在肿瘤组织内的定殖量。同时，为了实现药物的释放，研究团队引入了裂解表型。“裂解方式进行药物释放，不受蛋白大小的限制，而且裂解能够限制细菌数量，提升系统的安全性。”金帆介绍。

在此过程中，研究团队成功构建了具有3种表型的工程菌，该工作是首次尝试将光直接用于细菌多种行为的调控及肿瘤治疗。

“我们在20天的实验周期内，通过8次注菌并使用高强度的近红外光照射，有效抑制了肿瘤生长。随后，通过优化光照程序对工程菌的生活方式进行控制，以实现对药物累积和药物释放的持续控制。”金帆说，研究结果显示，编程细菌生活方式在肿瘤的长期治疗过程中具有显著优势，能够在较少的注菌次数下获得更好的肿瘤抑制效果。

金帆表示，随着实验不断深入，未来将有越来越多的菌株从实验室走向临床应用，为肿瘤治疗带来新希望。