研究人员正在开发用于肿瘤环境中免疫定向杀伤的合成可编程细菌(SPIKEs)。这个想法是设计细菌来帮助T细胞杀死癌变组织，一旦癌细胞消失就自我毁灭，然后作为人体废物安全地离开身体。
如果一剂一美元的药就能治愈癌症呢?
一个由多所大学组成的研究小组在联邦基金的支持下，正在开发一种高效的细菌治疗方法，可以更精确地针对癌症，使治疗更安全，只需一剂1美元。
传统上，癌症疗法对患者的疗效有限。有些疗法，如放疗和化疗，会产生有害的副作用，而其他疗法往往会导致患者反应较低，更不用说接受治疗的费用了。美国癌症协会癌症行动网络(American Cancer Society Cancer Action Network)的调查结果显示，73%的癌症幸存者和患者担心他们将如何支付癌症治疗的费用，51%的人表示他们因治疗而欠下了医疗债务。例如，最先进的癌症治疗费用高达100万美元。
德克萨斯农工大学和密苏里大学正在努力开发一种低成本、安全、可控的癌症治疗方法。研究人员从美国卫生高级研究计划局(ARPA-H)获得了2000万美元的资助，用于对抗癌症。这个为期四年的项目是本届政府癌症登月计划的一部分，该计划旨在推进和增加癌症研究的资金。这是由新成立的机构资助的首批项目之一，该机构旨在通过支持针对社会上最具挑战性的健康问题制定影响深远的解决办法，加速改善每个人的健康成果。
快速分析细胞
其中1200万美元将拨给德克萨斯农工大学工程实验站(Texas A&M Engineering Experiment Station)。Arum Han, Jim Song和Chelsea Hu正在开发用于肿瘤环境中免疫定向杀伤的合成可编程细菌(SPIKEs)。这个想法是设计细菌来帮助T细胞杀死癌变组织，一旦癌细胞消失就自我毁灭，然后作为人体废物安全地离开身体。
“SPIKEs可以专门针对肿瘤细胞，”德州仪器电气与计算机工程系教授Arum Han说。“由于它只针对癌变组织，而不是周围的健康细胞，因此患者的安全性成倍提高。我很荣幸能成为这支球队的一员，解决一个影响很多人的重大健康问题。”
Arum Han的实验室正在开发高通量微流体系统，该系统可以快速处理和筛选大量细菌治疗文库，一次一个细胞，以快速确定最有希望的治疗方法。这些系统通过集成微加工方法和生物技术，实现了一个百升体积的液体处理系统，可以高精度、高速度地准确分析单个细胞，创造了快速分析单个细胞的设备。
Arum Han说:“主要的挑战是弄清楚如何真正开发这些复杂的微型设备，使我们能够在几乎没有人工或人为干预的情况下进行数百万次全自动测试。这是工程上的挑战。”
挽救抗肿瘤免疫细胞
在Arum Han教授创新和设计微设备的同时，Song教授是一位免疫学家，在微生物发病机理、T细胞生物学和T细胞免疫治疗方面有着丰富的研究背景，他在过去的五年里一直致力于细菌免疫治疗的研究。一种被称为布鲁氏杆菌的细菌可以操纵人体的微环境，促进T细胞介导的抗肿瘤免疫，以治疗至少四种类型的癌症。
“我们正在努力改进布鲁氏菌，以更有效地预防或抑制肿瘤的生长，”德克萨斯A&M医学院的Song教授说。“我们目前的方法包括发现如何设计细菌来拯救抗肿瘤免疫细胞，提高它们杀死肿瘤细胞的有效性。迄今为止的数据表明，布鲁氏菌治疗的效率显著高于其他癌症治疗，如嵌合抗原受体T细胞治疗和T细胞受体治疗，反应率超过70%。”
安全可控的治疗方法
当Song继续使用癌症模型测试细菌的效率时，化学工程系助理教授和合成生物学家Hu正在努力确保活细菌治疗是安全和可控的。
Hu教授说:“我们使用的布鲁氏菌菌株已被证明对宿主是安全的，因为它是一种减毒菌株，这意味着细菌毒性所需的一个关键基因已被删除。最终，我们希望控制细菌的生长速度，它在肿瘤环境中生长的地方，以及它在完成任务后自我毁灭的能力。”
为了控制生长速度，细菌的基因将被改变，以调节其数量，并在一个特定的设定值附近振荡。Hu还计划在细菌中植入生物传感器，使它们能够区分健康组织和肿瘤组织，以确保它们只在肿瘤微环境中生长。
这种细菌将被改造成一个受体，以确保一旦癌症消失，病人可以服用抗生素，这些抗生素会向细菌发出信号，让它把自己切成碎片，安全地从病人体内移除。
“作为人类，我们实际上被细菌覆盖着，许多疾病都是由这些细菌群落的不平衡引起的，”Hu说。“例如，虽然有些人的胃非常脆弱，但有些人的胃却很强壮。这背后的科学是，那些拥有强大免疫和消化系统的人，他们的肠道里有一个健康的细菌细胞群落。活体疗法有很大的潜力。这是一个非常好的机会，拥有一支拥有专业知识的不可思议的团队，可以将这项技术推向第一线，因此，我们的目标是进入诊所，以每剂不到1美元的价格为患者提供有效的癌症治疗。”
使用非常规方法解决难题
其他合作者包括德州农工大学健康科学中心的陈志磊博士和电气与计算机工程系的钱小宁博士，以及来自密苏里大学的首席研究员Paul de Figueiredo博士。
“这项工作的三个关键优势是高安全性、低成本和对癌症肿瘤的特异性靶向，”Arum Han说。“我们非常兴奋，我们是第一批得到高级研究计划署支持的团队之一。高级研究计划署是一个由国会建立和支持的全新机构，旨在真正解决广泛健康领域的难题。我们正在用非常规的方法来解决难题。高风险、高影响是我们方法的特点。”
这项研究揭示的工程细菌的未来应用是无限的。
Song说:“对于我们的下一个大项目，我们将共同努力，设计细菌来对抗自身免疫性疾病，如1型糖尿病和类风湿性关节炎。以细菌为基础的免疫疗法代表了医学领域的一个突破性前沿，为自身免疫性疾病的治疗提供了革命性的潜力。利用有益微生物调节免疫系统的力量，我们即将改变医学的未来。我们的研究和专业知识有希望改变数百万人的生活，为他们提供新的希望和更健康的明天。”
