Un nuevo ayudante en la lucha contra el cáncer y otras enfermedades intestinales puede ser una bacteria genéticamente alterada que libera medicamentos a los tumores o al intestino.
Ahora, un nuevo estudio realizado con ratones demuestra cómo los médicos podrían algún día regular mejor esos microbios terapéuticos al diseñarlos para que respondan a la temperatura. Por ejemplo, si las bacterias manipuladas se administraran a un paciente con una enfermedad, los médicos podrían, en teoría,indique a las bacterias que liberen medicamentos solo en el sitio de interés, y en ninguna otra parte del cuerpo, mediante el uso de ultrasonido para calentar suavemente el tejido.
"Las bacterias pueden diseñarse para actuar como agentes especiales que combaten enfermedades en nuestros cuerpos", dice Mikhail Shapiro de Caltech, profesor asistente de ingeniería química e investigador principal de Heritage, cuyo objetivo general de investigación es crear nuevas formas de visualizar y controlar las células:- células bacterianas y células humanas - con fines medicinales. "Estamos construyendo walkie-talkies para las células para que podamos escucharlas y hablar con ellas".
Shapiro es investigador principal en un artículo sobre la nueva investigación publicada el 14 de noviembre en la revista Biología química de la naturaleza . Los autores del colead son Dan Piraner y Mohamad Abedi, estudiantes graduados en el laboratorio de Shapiro.
La investigación también muestra cómo estas bacterias modificadas, una vez en un paciente, podrían programarse para que dejen de administrar un agente terapéutico o se autodestruyan si la temperatura del paciente aumenta debido a la fiebre. Una fiebre puede indicar que la terapia no está funcionando, ypor lo tanto, sería mejor para el paciente que la bacteria terminara su actividad.
En otra aplicación de la tecnología, los investigadores demostraron cómo las bacterias podrían diseñarse para destruirse a sí mismas una vez que abandonan el cuerpo de un paciente a través de la defecación. La temperatura más baja fuera del cuerpo de un huésped indicaría a las bacterias modificadas para activar un interruptor de destrucción genética,aliviando así las preocupaciones sobre la propagación de microbios genéticamente alterados al medio ambiente.
"Podemos usar estos interruptores térmicos en bacterias para controlar una variedad de comportamientos", dice Shapiro.
La estrategia de usar bacterias modificadas para combatir enfermedades, parte de un campo en crecimiento llamado terapéutica microbiana, ha demostrado ser prometedora en modelos animales y humanos. Investigaciones previas han demostrado que algunas bacterias se abren camino naturalmente a sitios tumorales porque prefierenlos ambientes bajos en oxígeno de los tumores. Los estudios han demostrado que estas bacterias pueden ser dirigidas a liberar un medicamento sobre los tumores, como el fármaco destructor de tumores hemolisina. Otros estudios han demostrado que las bacterias administradas al intestino pueden liberar moléculas para reducir la inflamación.Pero estas bacterias pueden terminar en otras partes del cuerpo, y no solo en los sitios de interés.
El método desarrollado por el laboratorio de Shapiro resuelve este problema al proporcionar un mecanismo a través del cual las bacterias pueden ser instruidas para dirigir las drogas solo a un sitio anatómico específico. La idea es que las bacterias genéticamente modificadas activen su programa terapéutico a una determinada temperatura inducida medianteherramientas de ultrasonido, que calientan suavemente los tejidos con precisión milimétrica. Un médico podría, en teoría, administrar bacterias genéticamente alteradas a un paciente con cáncer y luego, al enfocar el ultrasonido en el sitio del tumor, desencadenar la bacteria para combatir el tumor.
"Podemos controlar espacial y temporalmente la actividad de la bacteria", dice Abedi. "Podemos comunicarnos con ellos y decirles cuándo y dónde se debe hacer algo".
Para crear bacterias térmicamente controlables, el equipo primero necesitó encontrar los interruptores genéticos candidatos cuya actividad depende de los cambios de temperatura. Finalmente identificaron dos candidatos. El primero es una proteína Salmonella bacterias, y el segundo se origina en un virus bacteriano llamado bacteriófago. Ambas proteínas se unen al ADN para activar o desactivar un circuito genético en respuesta a la temperatura.
Luego, los científicos utilizaron una técnica de ingeniería de proteínas - "evolución dirigida", iniciada por Frances Arnold de Caltech - para desarrollar las proteínas en el laboratorio y ajustar sus temperaturas de cambio. Por ejemplo, el Salmonella la proteína fue activada originalmente por temperaturas que oscilan entre 42 y 44 grados Celsius. Usando la evolución dirigida, los científicos generaron versiones con temperaturas de activación entre 36 y 39 grados Celsius. Cuando estos interruptores genéticos se utilizan para controlar la expresión de proteínas terapéuticas, puedenactuar como controles térmicos para encender o apagar la terapia a una temperatura determinada.
"Cuando estábamos pensando en cómo lograr que las bacterias detectaran la temperatura, observamos la naturaleza y encontramos algunos sistemas donde las bacterias pueden hacer esto", dice Piraner. "Probamos el rendimiento, encontramos los que tenían el mejor rendimiento de conmutaciónA partir de ahí, descubrimos que podían sintonizarse y amplificarse. Todo comenzó con lo que la naturaleza nos dio, y la ingeniería nos llevó el resto del camino ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :