Projekti / Programi
Ciljanje, slikanje in zdravljenje kolorektalnega raka z varnimi teranostičnimi bakterijami
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.04 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Medicinska biotehnologija |
kolorektalni rak, mlečnokislinske bakterije, Lactococcus lactis, teranostik, dostava proteinov, ciljano zdravljenje, genski inženiring, CRISPR
Raziskovalci (11)
Organizacije (2)
Povzetek
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 pr
Pomen za razvoj znanosti
Predlagani projekt bo na dolgi rok prispeval k napredku onkologije, saj uveljavlja popolnoma nov koncept zdravljenja in diagnostike kolorektalnega raka. Predlagane probiotične teranostične bakterije (ProbioTeranostiki) bodo varne in z malo pričakovanimi stranskimi učinki; zato bo možna njihova uporaba kot alternativno ali dopolnilno zdravilo v medicini raka. Predlagani koncept ProbioTeranostikov bi lahko spodbudil podobne smeri raziskav tudi na drugih področjih medicine, pri katerih mikrobiota igra pomembno vlogo. verjamemo, da bo projekt položil temelje nadaljnjim raziskavam ciljne manipulacije mikrobiote, ki hitro pridobiva pozornost farmacevtske industrije.
Vzpostavitev novega pristopa k bakterijskemu načrtovanju in funkcionalizaciji bo pomembno za področje uporabne mikrobiologije. Pristop bo moč prenesti tudi na druge mikrobne vrste in se bo lahko uporabljal tudi pri drugih, nemedicinskih aplikacijah mlečnokisinskih bakterij, npr. pri biokatalizi.
Projekt bo prispeval k razvoju biotehnologije, posebno biotehnologije mlečnokislinskih bakterij, saj bo vpeljal nove tehnike genskega inženirstva, kot je integracija v genom, posredovana s CRISPR-Cas ali inducibilni ekspresijski sistem za izražanje dveh proteinov.
Predlagani projekt bo prispeval k znanstvenemu razvoju Odseka za biotehnologijo na Institutu Jožef Stefan. Projekt bo nadgradil obstoječe znanje in ustvaril začetno točko za nadaljnje raziskave, ki se bodo osredotočale na kombinatorno zdravljenje in klinične študije. Projekt bo prispeval tudi k znanstvenemu izobraževanju doktorskih in magistrskih študentov.
Pomen za razvoj Slovenije
The proposed project will, in the long run, contribute to the progress of oncology as it introduces completely new concept to treatment and diagnostics of colorectal cancer. The suggested probiotic theranostic bacteria (ProbioTheranostics) will be safe and presumably with little side effects; they could therefore be used as an alternative or adjuvant drug in cancer medicine. The proposed concept of ProbioTheranostics could trigger similar line of research in other fields of medicine in which microbiota plays an important role. We believe the project will lay the foundation for further research work in the field of targeted microbiota manipulation that is beginning to rapidly attract attention of pharmaceutical industry.
The establishment of a new approach to bacterial engineering and functionalization will be important in the field of applied microbiology. The approach can be transferred to other microbial species or can be used for non-medicinal applications of lactic acid bacteria, e.g. biocatalysis.
The project will contribute to the development of biotechnology, particularly to the biotechnology of lactic acid bacteria, as it will introduce new genetic engineering techniques, such as CRISPR-Cas mediated genome engineering and inducible double-protein expression system.
The proposed project will contribute to the scientific development at the Department of Biotechnology at Jozef Stefan Institute. The project will upgrade the existing research and will create a starting point for further research, focusing on combinatorial treatment and clinical studies. The project will also contribute to the scientific training of PhD and graduate students.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
