Ciljanje, slikanje in zdravljenje kolorektalnega raka z varnimi teranostičnimi bakterijami
Oznaka in naziv projekta
J4-9327 Ciljanje, slikanje in zdravljenje kolorektalnega raka z varnimi teranostičnimi bakterijami
J4-9327 Targeting, imaging and treating of colorectal cancer with safe theranostic bacteria
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: Izr. prof. dr. Aleš Berlec
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Namen predlaganega projekta je razviti varne teranostične mlečnokislinske bakterije (ProbioTeranostike), ki bodo opremljene z zmožnostjo specifičnega ciljanja rakavih celic, lokalizacije položaja tumorja z uporabo fluorescenčnega slikanja in zdravljenja kolorektalnega raka s sprožanjem protivnetnega učinka ali z modulacijo sestave mikrobiote. ProbioTeranostiki bodo aplicirani lokalno preko peroralne poti in bodo testirani v celičnih in živalskih modelih kolorektalnega raka. Kolorektalni rak je tretji najpogostejši rak na svetu z več kot 1.2 milijona novimi primeri vsako leto in naraščajočo incidenco. Zato predstavlja težko breme za zdravstveni sistem. Trenutni pristopi k zdravljenju (kemoterapija, operacija ali z monoklonska protitelesa) imajo omejeno učinkovitost in hude stranske učinke; raziskovalci zato neprestano iščejo nove, izboljšane možnosti zdravljenja. Novi pristopi se osredotočajo na zmanjšanje stranskih učinkov, ciljano zdravljenje, zdravljenje s kombinacijo zdravil ter hkratno terapijo in diagnostiko (teranostiko). Imunski sistem in črevesna mikrobiota sta pomembna dejavnika pri kolorektalnem raku. Imunske celice igrajo pomembno vlogo pri preprečevanju nastanka tumorjev, kot tudi pri napredovanju njihovega razvoja. Sprememba v sestavi mikrobiote (disbioza) je značilna za kolorektalni rak in prispeva k njegovemu napredovanju. Suplementacija s probiotiki iz skupine mlečnokislinskih bakterij lahko vpliva na imunski sistem in modulira sestavo mikrobiote. Poleg uporabe dobrodejnih probiotičnih bakterij divjega tipa lahko le-te tudi gensko spremenimo, tako da izražajo rekombinantne proteine, ki predstavljajo dodatno prednost pri zdravljenju. Takšen pristop je bil uspešno prikazan pri zdravljenju kronične vnetne črevesne bolezni, v omejenem obsegu pa tudi pri zdravljenju kolorektalnega raka. Naša raziskovalna skupina ima bogate izkušnje z genskim inženirstvom mlečnokislinskih bakterij in njihovim testiranjem v živalskih modelih, kar bo služilo kot podlaga za predlagani projekt. Pripravili smo rekombinantno bakterijo L. lactis s sposobnostjo nevtralizacije TNFα. Razvili smo tudi nov pristop obdajanja nespremenjenih mlečnokislinskih bakterij s proteinskimi vezalci. Poleg tega smo prikazali tudi izražanja infrardečega fluorescentnega proteina v mlečnokislinskih bakterijah in s tem omogočili njihovo slikanja in spremljanje v in vivo pogojih. V predlaganem projektu želimo razviti podporne tehnike genskega inženirstva mlečnokislinskih bakterij, ki bodo omogočale inducibilno izražanje večih proteinov in integracijo v genom ob uporabi tehnike CRISPR-Cas. Mlečnokislinske bakterije bomo uporabili za izražanje proteinov za ciljanje površinskih antigenov rakavih celic, proteinov, ki bodo omogočali in vivo slikanje in proteinov, ki bodo zagotavljali terapevtsko delovanje preko nevtralizacije provnetnih mediatorjev. Več proteinskih molekul bomo združili v eni bakterijski vrst z izražanjem večih proteinov ali heterolognim obdajanjem s proteini. Posledica bo razvoj teranostičnih bakterijskih vrst, ki bodo združevale lastnosti ciljanja, slikanja in zdravljenja. Dodatne spremembe bomo uvedli s ciljem vzpostavitve regulatorne sprejemljivosti in stabilnosti teranostičnih bakterij. Razvite bakterije bomo testirali na celičnih modelih v sodelovanju s prof. Jankom Kosom s Fakultete za farmacijo, ki je strokovnjak za biologijo raka. Poleg tega bomo testirali tudi in vivo terapevtsko učinkovitost in diagnostiko na osnovi slikanja na mišjem modelu kemijsko-induciranega kolorektalnega raka. Intrinzično učinkovitost modificiranih in nemodificiranih bakterij na modulacijo mikrobiote bomo ovrednotili s sekvenciranjem naslednje generacije. Naš predlog predstavlja popolnoma nov koncept uporabe varnih načrtovanih bakterij, ki bi lahko vodil k odkritju novih pomožnih terapevtskih ali diagnostičnih metod za kolorektalnega raka. Komplementarna kombinacija izkušenih znanstvenikov in realistična časovna razporeditev projekta govorijo v prid izvedljivosti projekta.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani. Povezava na SICRIS.
Faze projekta
- Razvoj podpornih tehnik za genski inženiring bakterije Lactococcus lactis
- Razvoj bakterij L. lactis za ciljanje, slikanje in imunoterapijo
- Testiranje teranostičnih bakterij na modelih rakavih celic
- Testiranje teranostičnih bakterij na mišjem modelu kemijsko-induciranega KRR
- Vzpostavitev regulatorne sprejemljivosti in stabilnosti teranostičnih bakterij
Bibliografske reference
Plavec TV, Ključevšek T, Berlec A. Introduction of Modified BglBrick System in Lactococcus lactis for Straightforward Assembly of Multiple Gene Cassettes. Front Bioeng Biotechnol. 2021 Dec 10;9:797521. doi: 10.3389/fbioe.2021.797521. eCollection 2021.
- Plavec TV, Mitrović A, Perišić Nanut M, Štrukelj B, Kos J, Berlec A. Targeting of fluorescent Lactococcus lactis to colorectal cancer cells through surface display of tumour-antigen binding proteins. Microb Biotechnol. 2021 Sep;14(5):2227-2240. doi: 10.1111/1751-7915.13907. Epub 2021 Aug 4.
- Plavec TV, Zahirović A, Zadravec P, Sabotič J, Berlec A. Lectin-Mediated Binding of Engineered Lactococcus lactis to Cancer Cells. Microorganisms. 2021 Jan 22;9(2):223. doi: 10.3390/microorganisms9020223.
- Plavec TV, Kuchař M, Benko A, Lišková V, Černý J, Berlec A, Malý P. Engineered Lactococcus lactis Secreting IL-23 Receptor-Targeted REX Protein Blockers for Modulation of IL-23/Th17-Mediated Inflammation. Microorganisms. 2019 May 27;7(5):152. doi: 10.3390/microorganisms7050152.
- Zahirović A, Plavec TV, Berlec A. Dual Functionalized Lacotococcus lactis Shows Tumor Antigen Targeting and Cytokine Binding in Vitro. Fron Bioeng Biotechnol. 2022 Jan 26;10.822823. doi: 10.3389/fbioe.2022.822823.