생리활성 IL 전달을 위해 조작된 E. coli Nissle 1917

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12506(2023) 이 기사 인용

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이 연구에서 우리는 E. coli Nissle 1917을 사용하여 전달하기 위해 생물학적 활성 IL-2의 단계별 최적화를 수행했습니다. 미생물에 의해 생산된 IL-2의 생물학적 활성을 측정하기 위해 균주의 엔지니어링을 시험관 내 세포 분석과 결합했습니다(mi -IL2). 다음으로 우리는 면역 세포 활성화에 대한 강력한 효과를 입증하는 3D 종양 회전 타원체 모델을 사용하여 mi-IL2의 면역 조절 잠재력을 평가했습니다. 마지막으로, 우리는 쥐 CT26 종양 모델에서 조작된 균주의 항암 특성을 평가했습니다. 조작된 균주를 정맥 내로 주입하고 선택적으로 집락화된 종양에 주입했습니다. 치료는 내약성이 좋았으며 치료된 쥐의 종양은 종양 성장 속도가 약간 감소했을 뿐만 아니라 종양 내 IL-2 수준이 상당히 증가한 것으로 나타났습니다. 이 연구는 암에 대한 새로운 종류의 미생물 치료법을 위해 E. coli Nissle을 엔지니어링하는 데 관심이 있는 연구자를 위한 작업 흐름을 보여줍니다.

지난 수십 년 동안 암과 싸우기 위해 면역 체계를 활용하는 치료법이 크게 발전했습니다. 화학요법이나 방사선요법과 달리 면역요법 약물은 암세포에 직접적으로 독성을 나타내지 않습니다. 대신, 이러한 약물은 면역 세포를 활성화하거나 암세포를 인식하고 죽이도록 지시합니다. 그 효과로 인해 면역요법은 암에 대한 강력한 1차 치료법으로 빠르게 자리잡고 있습니다1. 흥미롭게도 이 치료법의 기원은 18세기까지 거슬러 올라갑니다. 처음으로 보고된 관찰은 세균 감염이 있는 암 환자가 상당한 종양 퇴행을 보인 후에 이루어졌습니다2. 이러한 관찰에 이어 암을 치료하기 위해 박테리아 기반 치료법을 개발하려는 시도가 이어졌지만 이러한 연구 결과는 결론에 이르지 못했습니다3. 면역 반응을 조절하기 위해 박테리아를 사용한다는 개념은 포기되었지만, 이 실험은 박테리아 기반 치료법을 사용하여 면역 체계를 활용하여 암을 치료하려는 시도에 대한 최초의 조잡한 시연을 제공했습니다.

특정 박테리아가 정맥 주사 시 종양을 선택적으로 정착시킬 수 있다는 사실이 관찰된 후 박테리아 기반 면역치료 전략이 최근 다시 부활했습니다4,5. 광범위한 전임상 증거에도 불구하고6,7,8 박테리아 기반 면역요법을 인간에게 적용하는 것은 아직 실현되지 않았습니다. 그러나 합성 생물학의 발전은 이러한 종양 유도 박테리아를 변형하여 치료 적용 능력을 향상시키는 수단을 제공합니다.

AMT(Advanced Microbial Therapeutics)라고도 불리는 치료 적용을 위해 유전자 변형 미생물을 사용하는 것은 생체 활성 분자와 단백질을 인체에 국소적으로 전달하기 위한 유망한 전략입니다. 박테리아는 피부, 장, 심지어 종양과 같은 인체의 다양한 부위에 서식하고 살 수 있습니다9. 이러한 방식으로 Salmonella typhimurium은 종양 미세 환경에서 생리 활성 화합물의 생산에 대해 광범위하게 연구되었습니다. 이는 반감기가 짧은 단백질이나 독성이 너무 커서 전신적으로 사용할 수 없는 단백질의 국소 전달에 특히 유용합니다. 그러한 종류의 단백질 중 하나는 사이토카인입니다.

사이토카인은 면역 반응을 조정하는 데 도움이 되는 작은 신호 단백질입니다. 그들은 다양한 유형의 세포에서 분비되고 면역 세포와 다른 세포 유형 모두에 신호 효과를 발휘하는 대규모 단백질 계열로 구성됩니다. 사이토카인 IL-2는 T 세포와 자연 살해(NK) 세포의 강력한 성장 인자입니다15,16. IL-2 자극은 세포독성 및 효과기 표현형을 향한 T 세포 및 NK 세포의 활성화 및 분화에 중요합니다. CD8+ T 세포와 NK 세포는 암세포를 직접 죽이는 데 참여하는 핵심 효과기 세포입니다. 그러나 CD4+ T 세포는 CD8+ T 세포의 활성화 및 분화에 필요한 사이토카인을 생산할 뿐만 아니라 종양 항원 인식 시 암세포를 직접 죽이는 방식으로 CD8+ T 세포의 항종양 활성을 지원하는 데 중요한 역할을 한다는 증거가 늘어나고 있습니다. 주요 조직 적합성 II 복합체17,18. 따라서 IL-2는 암세포에 대한 면역세포의 세포독성을 유도하는 핵심 자극 인자입니다. 그러나 IL-2의 임상적 사용은 높은 전신 독성, 짧은 혈장 반감기, 표적 부위로의 침투 불량으로 인해 제한적입니다19,20.