Die moderne Medizin hat im Laufe der Jahrzehnte erhebliche Fortschritte bei der Krebsbehandlung gemacht. Doch alle Krebstherapien stehen immer noch vor einer entscheidenden Herausforderung: Wie kann man Krebs bekämpfen, ohne gesunde Zellen zu schädigen?
Unvollkommene Lösungen verursachen Nebenwirkungen: Chirurgie und Bestrahlung können benachbartes gesundes Gewebe schädigen, während Chemotherapie schnell wachsende Zellen wahllos angreifen und gesunde Haarfollikel und die Magenschleimhaut schädigen kann.
Bakterienzellen von Clostridium sporogenes könnten neue Krebsbehandlungen ermöglichen. (Brian Ingalls), vom Autor bereitgestellt (keine Wiederverwendung)
Ein alternativer Ansatz besteht darin, einen überraschenden Verbündeten zu rekrutieren: Bakterien. Einige Bakterienarten können in der Gegenwart von Sauerstoff nicht überleben. Sie leben in sauerstoffarmen Umgebungen, beispielsweise tief im Boden oder auf dem Grund von Seen. Diese sogenannten Anaerobier können gesundes Gewebe, in dem reichlich Sauerstoff vorhanden ist, im Allgemeinen nicht infizieren.
Im Gegensatz dazu sind Krebstumoren nicht gut mit Sauerstoff versorgt. Wenn Tumore wachsen, wird ihre Blutversorgung abnormal und ineffizient, was zu schlecht sauerstoffhaltigen Regionen im Tumor führt. Diese sauerstoffarme Umgebung bietet eine einzigartige Nische für eine anaerobe bakterielle Infektion.
Um diese Bakterien in der Krebstherapie einzusetzen, könnten Ärzte einem Patienten ruhende Sporen eines Anaerobiers injizieren. Diese Sporen würden durch den Blutkreislauf wandern und in gesundem, sauerstoffreichem Gewebe inert bleiben. Wenn Sporen Tumore erreichen, können sie selbstlimitierende Infektionen auslösen, die den Tumor unterdrücken könnten. Das ist das Ziel. Die Realität ist komplizierter.
Zusammen mit unseren Kollegen Bahram Zargar, CEO und Mitbegründer von CREM Co Labs, und Sara Sadr, beide Absolventen des Department of Chemical Engineering der University of Waterloo, haben wir kürzlich Forschungsergebnisse veröffentlicht, die das krebsbekämpfende Potenzial des Bakteriums Clostridium sporogenes untersuchen.
Geschichte der Verwendung von Bakterien zur Behandlung von Krebs.
Dr. William Coley (1862-1936) war einer der ersten, der die Krebsbehandlung mit Bakterien testete.
Seit Jahrtausenden wird über eine durch bakterielle Infektionen verursachte Krebsrückbildung berichtet. Im Kontext der modernen Medizin dokumentierte William Coley, ein zu Beginn des 20. Jahrhunderts in New York tätiger Arzt, den Fall eines Patienten, dessen Krebstumoren durch eine schlimme Infektion unterdrückt worden waren.
Coley begann, Therapien zu testen, indem er Krebspatienten lebende Bakterien injizierte, die aus diesen Infektionen gewonnen wurden. In ihrer ersten Falldokumentation zeigte ein Drittel der Patienten eine Besserung, die meisten zeigten keine Reaktion und etwa fünf Prozent starben an der Infektion.
Es ist kein ermutigender Anfang. Doch er blieb beharrlich und entwickelte eine Behandlung mit wärmebehandelten Bakterien, die zu besseren Ergebnissen führte. Diese Behandlungen, bei denen es um die Stimulierung des Immunsystems ging (ein frühes Beispiel einer Immuntherapie), wurden als Coley-Toxine bekannt.
Die Popularität von Coleys Behandlungen nahm ab, als andere Therapieansätze entwickelt wurden. Die chirurgische Behandlung wurde sicherer, während Bestrahlung und Chemotherapie wirksam waren. Diese waren viel einfacher zu charakterisieren als Coleys Toxin-Mikroben.
C. sporogenes und unsere Forschung
Bakterientherapien waren weiterhin Gegenstand der Forschung. Mitte des 20. Jahrhunderts wurden klinische Studien durchgeführt, um die Ergebnisse der Injektion von Sporen des anaeroben Bakteriums Clostridium sporogenes, eines nicht pathogenen Bodenbakteriums, zu testen. Möglicherweise kennen Sie die bekannteren Cousins von C. sporogenes, wie C. tetani, das Tetanus verursacht, und C. botulinum, die Quelle von Botox.
Präklinische Tests an Mäusen hatten bestätigt, dass injizierte Sporen von C. sporogenes in gesundem Gewebe ruhten, in Tumoren jedoch wuchsen. Bei Patienten in klinischen Studien kam es zu einer gewissen Tumorregression, die jedoch nur von kurzer Dauer war.
Die Bakterienzellen beschädigten das Innere des Tumors, erreichten jedoch nicht den äußeren Rand des Tumors, der stärker mit Sauerstoff angereichert ist. Die Tumoren wuchsen von den nicht betroffenen Außenkanten aus weiter.
Schneller Vorlauf ins 21. Jahrhundert und zu modernen Fortschritten in der Gentechnik. Das Gebiet der synthetischen Biologie konzentriert sich auf die Schaffung neuartiger biologischer Einheiten als Werkzeuge zur Bewältigung technischer Herausforderungen.
Mit dem Werkzeugkasten der synthetischen Biologie können Varianten anaerober Bakterien konstruiert werden, die möglicherweise wirksamere Tumorsuppressoren sind als ihre einheimischen Verwandten.
Von links nach rechts: Die Waterloo-Forscher Brian Ingalls, Sara Sadr und Marc Aucoin haben Bakterien zur Behandlung von Krebs entwickelt, indem sie Tumore von innen nach außen fressen. (Universität Waterloo)
Die Sauerstoffunverträglichkeit von C. sporogenes ermöglicht den Angriff auf den Tumor, schränkt aber auch das therapeutische Potenzial ein. Da wir uns dieser Tatsache bewusst sind, suchen wir nach einer technischen Lösung, die die Vorteile des Targetings ohne Leistungseinschränkungen nutzen kann.
Wir haben Zellen des Bakteriums C. sporogenes auf zwei Arten manipuliert: Erstens durch die Einführung eines Gens, das die Fähigkeit des Bakteriums, Sauerstoff zu tolerieren, verbessert. Das Ziel besteht darin, dass es weiter zum äußeren Rand des Tumors vordringen kann.
Zweitens haben wir ein Kontrollsystem eingeführt, das die Bakterien nur unter den gewünschten Bedingungen aktiviert. Dieses als Quorum Sensing bezeichnete Kontrollsystem stellt sicher, dass die vorgesehene Sauerstofftoleranz nur dann „eingeschaltet“ wird, wenn die Bakterienzellen einen Tumor gefunden haben und eine Schwellenwertpopulationsdichte erreicht haben.
Zukünftige Studien könnten dieses Kontrollsystem mit anderen bakteriellen Aktivitäten verbinden, beispielsweise der Aktivierung von Arzneimittelpartikeln oder der Stimulierung des Immunsystems des Wirts.
Unsere Forschung befindet sich noch im Anfangsstadium. Seine Weiterentwicklung wird zu den Bemühungen der Forschungsgemeinschaft beitragen, lebende Biotherapeutika zur Verbesserung der Krebsbehandlung zu entwickeln.