Probióticos geneticamente modificados como medicamentos vivos para tratar a inflamação intestinal. uma E. coli Nissle 1917 geneticamente modificada (EcN) com deleção de operon csg (curli) (cepa PBP8) contendo plasmídeos que codificam um operon curli sintético capaz de produzir proteínas CsgA quiméricas (divisas amarelas com domínios verdes brilhantes anexados), que são secretadas e próprias -montado extracelularmente em fibras híbridas curli terapêuticas. b CsgA (amarelo), o principal componente proteico da matriz de biofilme de E. coli, foi geneticamente fundido a um domínio terapêutico - neste caso, TFF3 (PDB ID: 19ET, verde brilhante), que é uma citocina secretada por produtores de muco células. O linker flexível (preto) inclui uma tag 6xHis para fins de detecção. c Bactérias modificadas são produzidas em massa antes da entrega ao trato gastrointestinal. Um local de inflamação do cólon é destacado em vermelho. d Interação de E. coli e a mucosa do cólon. Lesões inflamatórias na DII resultam na perda da estrutura da cripta do cólon, dano ao tecido epitelial e integridade da barreira comprometida (painel esquerdo, (-) E. coli). A invasão resultante do conteúdo luminal e o recrutamento de células do sistema imunológico para o local exacerba a inflamação local. A aplicação de E. coli (painel direito, (+) E. coli) reforça a função de barreira, promove a restituição epitelial e diminui a sinalização inflamatória para melhorar a atividade de IBD.
Um medicamento vivo é um tipo de produto biológico que consiste em um organismo vivo usado para tratar uma doença. Isso geralmente assume a forma de uma célula (animal, bacteriana ou fúngica) ou de um vírus que foi geneticamente modificado para possuir propriedades terapêuticas que é injetado em um paciente. Talvez o uso mais antigo de um medicamento vivo seja o uso de sanguessugas para sangria , embora os medicamentos vivos tenham avançado tremendamente desde então.
a Vários aspectos requerem consideração durante o projeto de um terapêutico bacteriano projetado. A seleção de um organismo de chassi pode ser orientada pelo local de atividade desejado e pelas propriedades farmacocinéticas do chassi, bem como pela viabilidade de fabricação. O projeto de circuitos genéticos também pode ser influenciado pelos efetores do circuito, preocupações pragmáticas em relação aos compostos indutores e a estabilidade genética dos circuitos reguladores. De maneira crítica, o projeto de um medicamento bacteriano projetado também pode ser restringido por considerações quanto às necessidades dos pacientes. b O projeto de cepa ideal geralmente requer um equilíbrio entre a adequação da cepa para função no microambiente alvo e as preocupações com a viabilidade de fabricação e desenvolvimento clínico.
Representação esquemática de um fluxo de trabalho para o desenvolvimento de cepas de engenharia de qualidade candidata clínica. O fluxo de trabalho de desenvolvimento deve incorporar tecnologias para otimizar a potência da cepa, bem como ensaios preditivos in vitro e in vivo, bem como modelos farmacológicos quantitativos, para maximizar o potencial de tradução para as populações de pacientes.
O desenvolvimento de medicamentos vivos é uma área de pesquisa extremamente ativa nos campos da biologia sintética e da microbiologia . Atualmente, há um grande foco em: 1) identificar micróbios que produzem naturalmente efeitos terapêuticos (por exemplo, bactérias probióticas) e 2) programar geneticamente os organismos para produzir efeitos terapêuticos.
Formulários
Terapia do câncer
Esquema de estratégias de bactérias terapêuticas contra tumores hipóxicos
Após a administração sistêmica, as bactérias se localizam no microambiente tumoral. As interações entre as bactérias, as células cancerosas e o microambiente circundante causam várias alterações nas células imunes, citocinas e quimiocinas que se infiltram no tumor, o que facilita ainda mais a regressão do tumor. ① Toxinas bacterianas de S. Typhimurium, Listeria e Clostridium podem matar células tumorais diretamente induzindo apoptose ou autofagia. As toxinas distribuídas por Salmonella podem regular positivamente a Connexin 43 (Cx43), levando a junções de lacuna induzidas por bactérias entre o tumor e as células dendríticas (DCs), que permitem a apresentação cruzada de antígenos tumorais para as DCs. ② Após a exposição a antígenos tumorais e interação com componentes bacterianos, as DCs secretam quantidades robustas da citocina pró-inflamatória IL-1β, que subsequentemente ativa as células T CD8 +. ③ A resposta antitumoral das células T CD8 + ativadas é ainda melhorada pela flagelina bacteriana (uma subunidade de proteína do flagelo bacteriano) por meio da ativação de TLR5. As proteínas perforina e granzima secretadas por células T CD8 + ativadas matam com eficiência as células tumorais em tumores primários e metastáticos. ④ A sinalização de flagelina e TLR5 também diminui a abundância de células T reguladoras CD4 + CD25 + (Treg), o que subsequentemente melhora a resposta antitumoral das células T CD8 + ativadas. ⑤ A flagelina de S. Typhimurium estimula as células NK a produzir interferon-γ (IFN-γ), uma citocina importante para a imunidade inata e adaptativa. ⑥ MDSCs infectados com Listeria mudam para um fenótipo imunoestimulante caracterizado pelo aumento da produção de IL-12, que aumenta ainda mais as respostas das células T CD8 + e NK. ⑦ A infecção por S. Typhimurium e Clostridium pode estimular o acúmulo significativo de neutrófilos. A secreção elevada de TNF-α e ligante indutor de apoptose relacionado a TNF (TRAIL) por neutrófilos aumenta a resposta imune e mata células tumorais por indução de apoptose. ⑧ O inflamassoma do macrófago é ativado por meio do contato com componentes bacterianos (LPS e flagelina) e células cancerosas danificadas por Salmonella, levando à secreção elevada de IL-1β e TNF-α no microambiente tumoral. Célula NK: célula natural killer. Célula Treg: célula T reguladora. MDSCs: células supressoras derivadas de mieloides. Receptor P2X7: receptor de ATP extracelular do purinoceptor. LPS: lipopolissacarídeo
Bactérias envolvidas em causar e tratar câncer
Há um enorme interesse em usar bactérias como terapia para tratar tumores. Em particular, bactérias homing tumorais que prosperam em ambientes hipóxicos são particularmente atraentes para este propósito, pois tendem a migrar, invadir (através da vasculatura com vazamento no microambiente tumoral ) e colonizar tumores. Essa propriedade tende a aumentar seu tempo de residência no tumor, dando-lhes mais tempo para exercer seus efeitos terapêuticos, ao contrário de outras bactérias que seriam eliminadas rapidamente pelo sistema imunológico.
