研究人员开发了基于细菌的个性化癌症疫苗，能够激活免疫系统，专门针对和消除癌细胞。
哥伦比亚大学的科学家们对益生菌进行修改，以训练免疫系统攻击癌细胞，为一种新型癌症疫苗铺平道路，这种疫苗利用细菌自然寻找肿瘤的能力。这些疫苗可以根据每个人特定的肿瘤进行定制，并可能帮助预防未来的复发。
在对晚期结直肠癌和黑色素瘤的鼠模型进行实验中，细菌疫苗显著增强了免疫反应，有效减少甚至消除了原发性和转移性肿瘤，同时保护健康组织。
结果于10月16日在Nature上发表。
与此前在各种临床试验中测试的基于肽的治疗性癌症疫苗相比，这种细菌方法显示出更大的有效性。
“我们系统的一个主要好处是能够同时激活免疫系统的多个组件，从而产生强大的抗肿瘤反应。这可能解释了其在治疗晚期实体肿瘤时的有效性，这通常对其他免疫治疗来说是一个挑战，”共同领导该研究的哥伦比亚大学Vagelos医学院的医学博士/博士生Andrew Redenti表示。
参与细菌工程开发的博士生Jongwon Im补充道：“整体结果是细菌疫苗能够控制或消除原发性或转移性肿瘤的进展，并延长鼠模型的生存期。”
这种细菌疫苗是针对每个个体肿瘤定制的。“每种癌症都是独特的——肿瘤细胞含有独特的基因突变，使其与健康细胞区分开。通过编程细菌引导免疫系统朝着这些特定突变前进，我们可以创造出更有效的治疗，增强患者自身的免疫反应，以识别和摧毁癌细胞，”研究的负责人、哥伦比亚大学微生物学与免疫学副教授Nicholas Arpaia博士解释道。
“随着我们通过基因编程整合更多安全增强特性，我们正在接近可以开始在患者中测试此疗法的时刻，”他还指出。
细菌在癌症治疗中的应用
细菌在癌症治疗中的应用可以追溯到19世纪后期，当时纽约医院的外科医生William Coley博士观察到某些无法手术的肿瘤患者在注射细菌后，出现肿瘤退缩的迹象。如今，细菌仍被用于治疗，尤其是早期膀胱癌的治疗。研究人员发现，某些细菌能够自然寻找到肿瘤环境并在其中生存，通常在此过程中触发免疫反应。
然而，这种方法通常无法对癌细胞的免疫反应进行精确控制。“仅凭这些特性通常不足以使细菌触发能够消灭肿瘤的免疫反应，但它们为开发新的癌症治疗方法提供了坚实的基础，”Nicholas Arpaia博士指出。
安全激活多个免疫系统组件
该新系统基于修改过的益生菌E. coli菌株。研究人员对这些细菌进行了各种基因改变，以仔细调节其与免疫系统的相互作用，以促进肿瘤破坏。
这些改造后的细菌携带被称为新抗原的特定于正在治疗肿瘤的蛋白质目标。这些新抗原使免疫系统能够寻找并攻击显示这些新抗原的癌细胞，同时保护不具备这些癌相关蛋白的健康细胞。得益于该细菌系统的设计和其他基因调整，这些细菌疗法还能够对抗肿瘤用以逃避免疫反应的免疫抑制策略。
此外，这些基因修改旨在防止细菌逃避免疫检测。这一安全特性确保工程细菌能够被免疫系统及时识别并清除，如果它们未能找到肿瘤。
在对小鼠进行的实验中，研究人员观察到这些设计精确的细菌癌症疫苗招募了广泛的免疫细胞攻击肿瘤细胞，同时抑制通常会抑制针对肿瘤的免疫反应的反应。
细菌疫苗还抑制了小鼠在肿瘤形成之前的肿瘤生长，并阻止了已经成功治疗过的小鼠的肿瘤再生，表明其在防止已缓解患者癌症复发的潜力。
为每位患者定制
为了为人类创造这些微生物疫苗，第一步将涉及对患者的癌症进行测序，以确定其特定的新抗原，使用生物信息学。然后，这些细菌将被定制以生产大量识别的新抗原和其他免疫调节因子。当将工程细菌施用于患者时，它们将定位肿瘤，建立自己，并持续释放其治疗“有效载荷”。
一旦被细菌疫苗激活，免疫系统将被触发以清除全身的癌细胞，并防止转移。
每种免疫疗法都是根据个体肿瘤中存在的特定新抗原独特定制的。“启动治疗所需的时间将取决于肿瘤测序的时间。在那之后，创造细菌菌株相对较快。制造细菌可能比其他疫苗平台更简单，”Danino指出。
这些工程细菌还被设计成应对癌症的快速突变和逃避治疗。“因为我们的平台允许交付多个新抗原，从理论上讲，肿瘤细胞应该难以同时失去所有这些靶标并逃避免疫反应，”Arpaia解释道。
研究人员相信他们的策略可能比以往的癌症疫苗更成功。尽管早期尝试已针对肿瘤新抗原产生免疫反应，但未能充分改变免疫抑制的肿瘤环境。
Arpaia总结道：“与在全身分布时可以耐受的浓度相比，细菌能够递送更高浓度的治疗剂。在这种情况下，我们可以直接将递送目标定位于肿瘤，并更有效地管理如何激活免疫系统。”
进一步信息
该研究的标题为“用于精准癌症免疫治疗的益生菌新抗原递送载体。”
所有参与者包括Andrew Redenti、Jongwon Im、Benjamin Redenti、Fangda Li、Mathieu Rouanne、Zeren Sheng、William Sun、Candice R. Gurbatri、Shunyu Huang、Meghna Komaranchath、YoungUk Jang、Jaeseung Hahn、Edward R. Ballister、Rosa L. Vincent、Ana Vardoshivilli、Tal Danino和Nicholas Arpaia（均与哥伦比亚大学相关联）。
该研究得到了国家卫生研究院（R01CA249160、R01CA259634、U01CA247573和T32GM145766）、Searle Scholars Program和Roy及Diana Vagelos精准医学试点资助的支持。
Andrew Redenti、Jongwon Im、Tal Danino和Nicholas Arpaia已向美国专利商标局提交了与这一创新相关的临时专利申请。
