Ostatnie badania wykazały, że wiele bakterii selektywnie kolonizuje guzy in vivo, co skłania naukowców do konstruowania ich jako biologicznych pojazdów programowalnych przypominających roboty, które mogą posłużyć do dostarczania leków przeciwnowotworowych. Badacze opracowują także nowe „inteligentne” leki, poprzez programowanie bakterii w celu zwalczania chorób, takich jak choroby przewodu pokarmowego oraz infekcje. Kamieniem milowym w rozwoju takich „żywych leków” jest możliwość identyfikacji najlepszych środków terapeutycznych.

Natomiast, kiedy obecne narzędzia biologii syntetycznej mogą stworzyć ogromną liczbę zaprogramowanych komórek, zależność naukowców od testów na zwierzętach znacznie ograniczyła liczbę terapii, które można przetestować w krótkim czasie. W rzeczywistości zdolność do szybkiego opracowywania nowych terapii dla ludzi znacznie przewyższa przepustowość testów na zwierzętach.

Naukowcy opracowali system, który umożliwia badanie w naczyniu od dziesiątek do setek zaprogramowanych bakterii w małych tkankach, skracając czas badania z miesięcy na dni. Opierając się na tej koncepcji, postanowili przetestować zaprogramowane bakterie przeciwnowotworowe przy użyciu miniguzów zwanych sferoidami nowotworowymi. Szybkość, a także wysoka przepustowość tej technologii, nazywanej BSCC (współhodowla sferoid bakterii), pozwala na stały wzrost bakterii w sferoidach guza, umożliwiając długoterminowe badania. Metodę można też stosować dla innych gatunków bakterii i typów komórek.

Skuteczność BSCC jest bardzo obiecująca i może naprawdę przyspieszyć opracowanie terapii bakteryjnej do zastosowań klinicznych. Połączenie technologii automatyzacji i robotyki może pomóc przetestować sporą bibliotekę terapii, by odkryć skuteczne metody leczenia. Ze względu na szerokie zastosowanie BSCC można zmodyfikować system w celu przetestowania próbek pochodzących od ludzi. Zabiegi medyczne są spersonalizowane, dzięki odtworzeniu nowotworu pacjenta w naczyniu i szybkiej identyfikacji, a następnie dostosowaniu najlepszej terapii dla konkretnego przypadku.

Naukowcy zdawali sobie sprawę, że chociaż wiele bakterii może rosnąć w środku nowotworu z powodu bardziej osłabionego układu odpornościowego w tych miejscach, to poza guzem bakterie po prostu giną. Badacze zainspirowani tym mechanizmem poszukiwali środka antybakteryjnego, który mógłby naśladować efekt „uśmiercania” bakterii poza sferoidami.

Opracowali metodę stosowania antybiotyku gentamycyny w celu wzrostu bakterii wewnątrz sferoidów, podobnych do nowotworów w organizmie. Korzystając z BSCC, szybko przetestowali szeroki zakres programowanych terapii przeciwnowotworowych bakterii, bazując na różnych rodzajach bakterii, obwodów genetycznych oraz ładunków terapeutycznych.

Użyli formy 3D wielokomórkowych sferoidów, ponieważ rekapitulują one warunki występujące w ludzkim ciele, takie jak tlen i gradienty składników odżywczych, czego nie można zrobić w tradycyjnej dwuwarstwowej kulturze komórkowej 2D. Co więcej, sferoidy 3D zapewniają bakteriom wystarczającą ilość miejsca do życia w jądrze, w taki sam sposób, w jaki bakterie kolonizują guzy w organizmie.

Zespół wykorzystał wysokowydajny system BSCC, żeby natychmiast scharakteryzować pule zaprogramowanych bakterii, a następnie szybko zawęzić najlepszego kandydata do zastosowania terapeutycznego. Odkrył potężną terapię raka okrężnicy, wykorzystując nową toksynę bakteryjną, toksynę theta, połączoną z optymalnym obwodem genetycznym dostarczania leku w atenuowanych bakteriach Salmonella typhimurium. Wykrył także nowe kombinacje terapii bakteryjnych, które mogą jeszcze bardziej poprawić skuteczność przeciwnowotworową.

Naukowcy porównali swoje wyniki BSCC z wynikami uzyskanymi w modelach zwierzęcych i stwierdzili podobne zachowanie bakterii w tych modelach. Odkryli również, że ich główny kandydat, czyli toksyna theta, jest silniejszy niż terapie stworzone w przeszłości, co potwierdza moc wysokowydajnych badań przesiewowych BSCC.

Badacze mają nadzieję rozwinąć BSCC, aby scharakteryzować terapie oparte na bakteriach w różnych chorobach, w tym także chorobach przewodu pokarmowego oraz zakażeniach. Ich ostatecznym celem jest wykorzystanie nowych terapii bakteryjnych w klinikach na całym świecie.