多年來化療已被證明是治療多種癌症的寶貴工具，但它有一個明顯的缺點。除了殺死癌細胞外，它還會破壞健康細胞，如毛囊中的細胞，導致脫髮；以及出現噁心嘔吐等副作用。現在，加州理工學院（Caltech）的科學家們可能有一個更好的解決方案：基因工程、超聲音控制的細菌能夠尋找並摧毀癌細胞。
在《自然通訊》雜誌上發表的一篇新論文中，來自化學工程教授和霍華德-休斯醫學研究所研究員米哈伊爾-夏皮羅實驗室的科學家們展示了他們如何開發出一種專門的大腸桿菌（E.coli）菌株，當注射到病人體內時，可以尋找並滲透到癌性腫瘤。一旦這些細菌到達目的地，超聲波脈衝可以觸發它們產生抗癌藥物。
夏皮羅教授說：“這項技術的目標是利用工程益生菌滲入腫瘤的能力，同時利用超聲波激活它們，在腫瘤內釋放有效的藥物。”
一種名為Nissle 1917的大腸桿菌，被批准用於人類的醫療用途，是他們工作的起點。在被注射到血液中后，這些細菌擴散到整個身體。然後，病人的免疫系統會消滅它們–但那些在癌症腫瘤中定植的細菌除外，它們提供了一個免疫抑制的環境。
為了將這些細菌轉變為治療癌症的有用工具，研究小組對它們進行了改造，使其含有兩組新的基因。一組基因用於生產納米抗體，這是一種治療性蛋白質，可以關閉腫瘤用來阻止免疫系統的抗腫瘤反應的信號。這些納米抗體的存在使免疫系統能夠攻擊腫瘤。另一組基因就像一個熱開關，當細菌達到一個特定的溫度時，將納米抗體基因打開。
通過插入溫度依賴基因和納米抗體基因，該團隊能夠創造出只有在加熱到42-43攝氏度的觸發溫度時才會產生抑制腫瘤的納米抗體的細菌菌株。由於正常人的體溫是37攝氏度，這些菌株在注射到人體內時不會開始產生抗腫瘤的納米抗體。相反，它們靜靜地在腫瘤內生長，直到外部來源將它們加熱到觸發溫度。
但是，你如何加熱位於一個特定位置的細菌，可能是位於身體深處的腫瘤正在生長的地方？為此，該團隊使用了聚焦超聲（FUS）。FUS類似於用於對內部器官或在子宮內生長的胎兒進行成像的超聲波，但具有更高的強度，並被聚焦到一個緊密的點。將超聲波集中在一個點上會導致該位置的組織升溫，但不包括其周圍的組織；通過控制超聲波的強度，研究人員能夠將該組織的溫度提高到一個特定的程度。
“聚焦超聲使我們能夠在腫瘤內專門激活治療，”Mohamad Abedi說，他是夏皮羅小組的前博士生，共同領導該項目，現在是華盛頓大學的博士后研究員。“這很重要，因為這些對腫瘤治療很有幫助的強效藥物，在我們的細菌製劑可能也存在的其他器官中，會引起明顯的副作用。”
為了測試他們的工程菌株是否如願以償地工作，研究小組將細菌細胞注射到患有腫瘤的實驗小鼠身上。在給予細菌時間浸潤腫瘤后，研究小組使用超聲波對其進行加熱。
通過一系列試驗，研究人員發現，用這種菌株和超聲波治療的小鼠顯示出比只用超聲波治療的小鼠、只用細菌治療的小鼠和完全不治療的小鼠的腫瘤生長速度要慢很多。
然而，該團隊還發現，接受治療的小鼠中的一些腫瘤根本沒有縮小。夏皮羅說：“這是一個非常有希望的結果，因為它表明我們可以在正確的時間將正確的療法瞄準正確的地方。但與任何新技術一樣，還有一些事情需要優化，包括在我們激活細菌製劑之前增加用超聲波可視化的能力，以及更精確地將加熱刺激瞄準它們。”