Bakteriofagi to wirusy infekujące komórki bakteryjne. Nowotwory to komórki własnego ciała, które namnażają się w sposób niekontrolowany. Wydaje się, że to dwa różne światy, jednak naukowcy nauczyli się wykorzystywać wirusy jako niezwykle precyzyjne narzędzia - po to, żeby bezpośrednio niszczyły komórki rakowe oraz dodatkowo pomagały nam w ich wykrywaniu, diagnozowaniu, a w przyszłości także w leczeniu.

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ:

Co 40 minut ktoś słyszy diagnozę. "Co piąty polski pacjent nie znajduje bliźniaka genetycznego”

Anna Bielecka

Pszczoły pomogą wyleczyć ten nowotwór? "Ogromny potencjał"

Piotr Wójcik

Mogą rozpoznać nowotwór

- Fagi przestają być jedynie narzędziem zwalczania bakterii, a zaczynają pełnić rolę miniaturowych platform terapeutycznych i regulatorów mikrośrodowiska nowotworu - mówi prof. Alicja Węgrzyn. Dzięki modyfikacjom genetycznym takie wirusy mogą m.in. identyfikować komórki rakowe, modulować mikrobiom guza, pełnić rolę "nośników leków" i szczepionek przeciwnowotworowych. - Bakteriofag, na przykład popularny M13, ma otoczkę złożoną z białek. Dzięki manipulacjom genetycznym możemy sprawić, aby na tej otoczce pojawiły się określone cząsteczki - białka, przeciwciała, znaczniki fluorescencyjne. Tak zmodyfikowany fag potrafi "rozpoznać" białka charakterystyczne dla komórek rakowych i związać się z nimi - tłumaczy prof. Wegrzyn. Ta metoda znana jest jako phage display i w 2018 roku przyznano za jej odkrycie Nagrodę Nobla. - Dzięki niej możemy wykrywać mutacje i podtypy nowotworów z niezwykłą dokładnością. Czułość takich systemów bywa nawet tysiąckrotnie większa niż tradycyjnych metod. Problemem pozostaje na razie koszt i konieczność używania specjalistycznego sprzętu, ale to - jak zawsze w nauce - kwestia czasu i skali produkcji - mówi ekspertka.

Do dziś technika ta znalazła zastosowanie w identyfikacji peptydów i ligandów właściwych dla konkretnych receptorów w nowotworach wielu typów, a także w obrazowaniu molekularnym guza.

"Działają z chirurgiczną precyzją"

Nowotwory to nie tylko komórki rakowe - to również mikrobiom, czyli społeczność bakterii żyjących w ich otoczeniu, zwraca uwagę prof. Węgrzyn. - Część z nich może wspierać rozwój guza, inne - przeciwnie - go hamować - powiedziała. I tu wkraczają fagi: potrafią selektywnie atakować bakterie sprzyjające rakowi, nie naruszając tych korzystnych. Dzięki temu mają ogromną przewagę nad antybiotykami, które działają jak młot pneumatyczny, "niszcząc wszystko po drodze". - To zupełnie inna filozofia niż w przypadku antybiotyków, które działają jak młot pneumatyczny - niszczą wszystko, co napotkają. Bakteriofagi działają z chirurgiczną precyzją - wyjaśnia naukowczyni.

Dowiedz się więcej:

Chcemy uniknąć raka, a nie zgłaszamy się na badania. Z czego to wynika?

Jak to dokładnie przebiega? Prof. Węgrzyn zilustrowała to na przykładzie raka jelita: - W guzach jelita czy jamy ustnej często występują bakterie kancerogenne, które podtrzymują proces nowotworzenia. Kiedy zastosujemy odpowiednie bakteriofagi, mikrobiom zmienia się: bakterie szkodliwe znikają, a ich miejsce zajmują te korzystne. To wpływa na ograniczenie wzrostu guza i zmniejsza ryzyko przerzutów. Alicja Węgrzyn podkreśliła, że w modelach zwierzęcych podawanie fagów skutkowało zmianą składu mikrobiomu w guzie, wolniejszym wzrostem nowotworu oraz obniżeniem skłonności do przerzutów. Takie podejście - "porządkowanie" mikrośrodowiska guza - może stać się integralnym elementem terapii wspomagających leczenie onkologiczne. Jednym z najbardziej spektakularnych zastosowań jest wykorzystanie fagów jako "konia trojańskiego” - nośników leków lub fragmentów przeciwciał, kierowanych bezpośrednio do komórek rakowych. - Gdy taki fag trafi do guza, (...) dostarcza lek dokładnie tam, gdzie jest potrzebny, nie uszkadzając tkanek zdrowych. To kierunek terapii celowanych, a w przyszłości spersonalizowanych - mówi prof. Węgrzyn.

Opisana przez prof. Alicję Węgrzyn metoda z wykorzystaniem bakteriofagów ma pewne punkty styczne z terapią genową. Można powiedzieć, że obie strategie należą do szerokiej grupy tak zwanych terapii biologicznych lub molekularnych, które wykorzystują naturalne lub modyfikowane elementy biologiczne (wirusy, DNA, RNA, białka) do wpływania na procesy chorobowe. O terapii genowej więcej mówił prof. Mirosław Ząbek w podcaście "Wywiad Medyczny" Joanny Kryńskiej w tvn24.pl.

"To nie fantastyka"

Drugim, niezwykle obiecującym kierunkiem są szczepionki przeciwnowotworowe oparte na fagach. - To nie fantastyka, tylko bardzo realny kierunek badań - przekonuje eskpertka. Jak tłumaczy, polega to na tym, że na powierzchni faga można zaprezentować fragmenty białek występujących na komórkach nowotworowych. Dzięki temu układ odpornościowy uczy się je rozpoznawać i niszczyć. Udało się to na przykład w przypadku raka piersi z nadekspresją receptora HER2. - Tak powstała szczepionka, która w badaniach przedklinicznych skutecznie pobudzała odporność organizmu do walki z nowotworem. To wciąż etap badań, ale potencjał jest ogromny - nie tylko terapeutyczny, lecz także profilaktyczny - twierdzi prof. Węgrzyn.

Dowiedz się więcej:

Nobel z medycyny przyznany

Czy takie szczepionki mogłyby w przyszłości chronić przed nowotworami? - Podobnie jak szczepionki przeciwko wirusowi brodawczaka ludzkiego (HPV) chronią przed rakiem szyjki macicy, szczepionki oparte na bakteriofagach mogłyby chronić przed innymi typami nowotworów. Dodatkowo są one łatwe do modyfikacji - można je dostosować do indywidualnych cech guza pacjenta - wyjaśnia badaczka.

Według niej jednym z najciekawszych aspektów badań jest to, że bakteriofagi potrafią modulować odpowiedź immunologiczną. Działają przeciwzapalnie - po ich podaniu organizm zwiększa produkcję interleukiny-10, która "uspokaja" nadaktywny układ odpornościowy. - W naszym laboratorium w Gdańsku pokazaliśmy, że niektóre białka z kapsydu bakteriofaga potrafią niemal całkowicie wygasić silną reakcję zapalną wywołaną bakteryjnym DNA. To oznacza, że można by je wykorzystać do terapii chorób autoimmunologicznych, które dziś potrafią uprzykrzyć życie tysiącom pacjentów - mówi prof. Węgrzyn. Naukowcy pracują też nad tym, użyć bakteriofagów do naprawy genów w komórkach nowotworowych. - Możemy tworzyć również tzw. cząsteczki hybrydowe, które łączą elementy fagowe i wirusów eukariotycznych. Takie wektory mogą przenosić więcej materiału genetycznego i są znacznie bezpieczniejsze - nie wywołują silnej reakcji odpornościowej. To właśnie może być przyszłość terapii genowych - bezpieczniejsza i skuteczniejsza niż obecne metody - wyjaśnia specjalistka od biologii molekularnej. Na jakim etapie są wspomniane badania? Część znajduje się w pierwszej i drugiej fazie badań klinicznych. W Centrum Terapii Fagowych w Gdańsku prowadzone są zaawansowane prace nad wpływem fagów na układ odpornościowy i mikrobiom. Ale, jak sygnalizuje badaczka tempo badań spowalniają ograniczenia finansowe - niewielkie granty, mały personel.