Nalinikanth Kotagiri和他的同事开发了一种新型的靶向放射性核素疗法，使用工程改造细菌吸引发射β粒子的放射性药物进入肿瘤，并杀死癌细胞。(鸣谢: Colleen Kelley/辛辛那提大学)
靶向放射性核素治疗(TRT)是一种新兴的癌症治疗方法，其中放射性药物通过血液并选择性地与癌细胞结合。一旦进入肿瘤内部，放射性核素就会释放出α或β粒子，将能量沉淀在局部区域，并破坏周围的癌症细胞。
目前的TRT方法依赖于癌症细胞表面独特的受体的存在，放射性药物可以与之结合。这种靶向性意味着该药物只能输送到癌症细胞，而不会损伤健康的组织和器官。然而，肿瘤的异质性和细胞突变会改变受体的分布，使得设计有效的靶向策略变得困难。
为了解决这一障碍，辛辛那提大学的研究人员正在开发一种新的TRT递送方法，该方法可以靶向和消融多种肿瘤类型，无论其受体表型如何。在《高级医疗材料》报道的一项验证概念的研究中，他们展示了肿瘤定植细菌如何吸引细菌特异性放射性药物进入癌细胞，甚至那些没有靶向受体的癌细胞。
资深作者Nalinikanth Kotagiri及其同事对益生菌大肠杆菌Nissle (EcN)进行了基因工程改造，使其表面过表达金属摄取受体。这种工程细菌可以被运送到实体肿瘤中，然后被用来吸引一种细菌特异性的放射性药物，所述放射性药物包括用治疗性放射性同位素67Cu标记的耶尔森菌素(YbT，一种结合金属的铁载体分子)。
Kotagiri在一份新闻声明中说：“只要这些工程细菌在肿瘤内部，这些针对细菌的靶向制剂就会运输放射性金属。它们不会关心是否有一个癌症细胞表达受体。它们所关心的是，已经确定了一些它们可以识别、积累和保留的东西。”
更重要的是，用64Cu代替67Cu，可以通过正电子发射断层扫描(PET)进行可视化，从而能够跟踪肿瘤内细菌的位置。Kotagiri解释道：“我们可以在铜-64和铜-67之间无缝切换，对肿瘤进行成像，然后一旦成像，我们可以再次引入另一种分子进行治疗。”
细菌积聚
研究人员首先使用PET/CT来检测工程化EcN在体内的积聚。他们将细菌直接注射到小鼠的结肠癌肿瘤中，然后注射64Cu-YbT。生物发光成像证实了细菌在肿瘤中的定位，而PET/CT显示，与不表达金属摄取受体的细菌菌株相比，含有工程细菌EcN的肿瘤中的信号明显更高。他们指出，64Cu-YbT探针主要通过肝脏和肾脏清除，在其他主要器官中的积累很少。
检查获取的器官后发现，在给药后的1天和7天，肿瘤中只存在显著的细菌。所有主要器官中的细菌水平都低于检测限。在另一组小鼠中，注射细菌2天后，研究人员观察到肿瘤中的细菌数量大约是48小时前注射量的10倍。
在第18天，当肿瘤相当大时，生物发光成像和PET/CT都证实了工程细菌不仅维持了它们在实体瘤内的数量，而且实现了持续生长，与肿瘤本身的生长一致。
细菌定位：生物发光(左)和PET/CT(右)图像证明了肿瘤内注射后18天结肠癌肿瘤中工程细菌EcN的存在。(鸣谢:N . A . Siddiqui等人. Healthcare Mater .10.1002/202202870)
测试肿瘤疗法
接下来，研究人员将64Cu换成高能发射β射线的同位素67Cu。在患有乳腺癌或结肠癌的小鼠中，他们将生理盐水或工程细菌EcN直接注射到肿瘤中，然后在1天或4天后给药67Cu-YbT治疗。对于这两种肿瘤模型，用细菌加67Cu-YbT联合治疗的小鼠的肿瘤生长速度降低，且存活时间明显长于只接受生理盐水、细菌或仅接受67Cu-YbT治疗的小鼠。
在结肠癌模型中，联合治疗将患有高侵袭性肿瘤的小鼠的中位生存期从对照组的8天(治疗开始后)延长至13天。在患有乳腺肿瘤的小鼠中，中位生存期从对照组的11天提高到联合组的18天。
该小组还评估了治疗7天后癌症微环境的免疫细胞图谱。全身施用67Cu-YbT后，细胞毒性CD8+ T细胞的浸润显著增加。结合细菌传递后免疫抑制调节性T细胞(Treg)的减少，这导致了一个有希望的抗肿瘤环境，联合治疗后的CD8+:Treg比率明显高于其他三组的总和。
Kotagiri告诉《物理世界》，研究人员现在计划在细菌表面表达人类受体，使当前FDA批准的靶向探针能够被使用，并为潜在的临床转化提供更快的途径。
他解释道：“例如，177Lu标记的DOTATATE和SARTATE已经被批准用于靶向表达生长抑素受体的神经内分泌肿瘤。那些不表达这种受体的患者呢?我们能否使用这项技术以即插即用的方式在细菌和许多其他受体上表达这种受体，以适应已经批准的各种放射性药物?”
