يمكن أن يكون تعافي المرضى من الحالات والأمراض المنهكة أسرع وأكثر فعالية إذا تم توصيل الأدوية والجزيئات العلاجية إلى المكان المطلوب في الجسم.
إحدى الطرق لتحقيق ذلك هي استخدام الخلايا الحية القابلة للزرع والمهندسة صناعيًا والتي يمكنها استشعار الإصابة أو الحالات المرتبطة بالمرض في بيئتها والاستجابة عن طريق إنتاج الكمية المناسبة من الجزيء العلاجي.
تعد البكتيريا، على وجه الخصوص، واعدة لأنها يمكن أن تزدهر في البيئات الفسيولوجية القاسية داخل الجسم، مثل الأنسجة المصابة أو الملتهبة، والأنسجة التي تخضع لحركات ميكانيكية، والأورام. وقد تطورت بعض العلاجات الميكروبية إلى تجارب سريرية، لكنها فشلت، بسبب عدم إمكانية احتواء الميكروبات في مواقع محددة في الجسم.
والآن، قام فريق بحث في معهد ويس بجامعة هارفارد وكلية جون بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية بتطوير منصة “المواد الحية القابلة للزرع” (ILM) التي تقدم حلاً مقنعًا لهذه المشكلة. قام الفريق، بقيادة ديفيد موني، عضو هيئة التدريس الأساسي المؤسس لـ Wyss، وأستاذ الهندسة الحيوية لعائلة روبرت ب. بينكاس في SEAS، بتغليف سلالة علاجية معدلة وراثيًا من بكتيريا E. coli داخل مادة حيوية مصممة لتنظيم نمو البكتيريا ومقاومة الضغوط الميكانيكية.
وقد تم تجهيز بكتيريا الإشريكية القولونية بدائرة جينية اصطناعية سمحت لها باستشعار مسببات الأمراض الزائفة الزنجارية البكتيريا المسببة للعدوى ثم تستجيب بإطلاق جزيء علاجي يقتل مسببات الأمراض القريبة. تم زرعه في مفاصل الفئران بجوار زرعة عظام متخصصة مصممة للمساعدة في شفاء إصابات الفخذ، وقد عالج ILM الالتهابات بشكل مستقل وفعال. ونشرت النتائج في مجلة العلوم.
وقال موني: “من خلال هذه الاستراتيجية الجديدة التي تجمع بين المواد الهندسية ذات الميزات الميكانيكية المصممة، والميكروبات المهندسة وراثيا التي تنتج حمولات علاجية عند الطلب، فإننا نقدم إطارا قابلا للتعميم لنشر الأدوية الميكروبية المستقبلية”. “إن الدقة والسلامة والمتانة العلاجية التي توفرها استراتيجية ILM هذه يمكن أن تكون حلاً محتملاً لعلاج مجموعة واسعة من الأمراض والالتهابات، مما يتيح الفعالية العلاجية التي قد تتجاوز تلك الخاصة باستراتيجيات توصيل الأدوية الأخرى.”
رسم توضيحي للمواد الحية القابلة للزرع (ILMs) كعلاج حي. وبدمجه مع البكتيريا المهندسة صناعيًا، يصبح النهج الجديد جهازًا آمنًا ومستقلًا لتوصيل الدواء.
الائتمان: معهد ويس في جامعة هارفارد
بث الحياة في المواد العلاجية
قال المؤلف الأول تيتسوهيرو هاريموتو، الذي قاد المشروع كزميل ما بعد الدكتوراه في مجموعة موني: “في البداية، طرحنا السؤال الذي يبدو بسيطًا، ماذا لو تمكنا من تصميم مادة تغلف البكتيريا الموصلة للدواء بشكل آمن وتسمح للأدوية العلاجية بالمرور إلى حيث تكون هناك حاجة إليها”. “كان هذا طلبًا كبيرًا نظرًا لأن المادة المغلفة كان عليها التوفيق بين ميزتين متناقضتين في كثير من الأحيان: يجب أن تكون “قاسية” بدرجة كافية بحيث لا تتمكن البكتيريا التي تضغط عليها من الداخل من تفكيكها، و”قاسية” بما يكفي لتوفير غلاف يحمي من الضغوط الفيزيائية الخارجية في الأنسجة النشطة ميكانيكيًا.
لتحقيق ILMs، بدأ الفريق باستخدام كحول البولي فينيل (PVA)، والذي يتم استخدامه سريريًا بالفعل، ومعالجته لتشكيل مجالات بلورية تفاعلية نانوية الحجم. نظرًا لأحجام المسام الصغيرة داخل مادة PVA، تظل البكتيريا مقيدة بينما يمكن للجزيئات القابلة للذوبان التي تنتجها الانتقال إلى مواقع أخرى في الجسم. يحتوي ILM الناتج على البكتيريا بأمان على مدى فترات زمنية ممتدة تصل إلى ستة أشهر وكان مقاومًا للضغوط الميكانيكية المتكررة.
بناء سلوك الإحساس والاستجابة
ولتقديم إثبات لمفهوم ILMs، ركز الفريق على العدوى الناجمة عن كسر محيط بالطرف الاصطناعي (كسر في العظم يحدث حول زراعة العظام). لعلاج هذا النوع وغيره من أنواع العدوى بشكل فعال، كانت البكتيريا التي تقدم العلاج داخل الـ ILM تحتاج إلى هندسة وراثية لتعمل كمستودع للأدوية يتمتع بقدرات “الاستشعار والاستجابة” المستقلة.
“عندما قمنا بربط ILM علاجي بجهاز محيطي من الفولاذ المقاوم للصدأ كان مصابًا بمسببات الأمراض P. aeruginosa وقال هاريموتو: “إن السلالة المعزولة من جرح المريض والمزروعة بجوار عظم الفخذ لدى الفئران، قللت بشكل كبير من عبء العامل الممرض مع احتوائها بأمان على البكتيريا المهندسة خلال دورة علاجية مدتها ثلاثة أيام”. P. aeruginosa استمرت البكتيريا في الارتفاع خلال نفس الفترة الزمنية. أظهر هذا قدرة ILMs العلاجية على استشعار وعلاج العدوى المحيطة بالترقيع بشكل مستقل في الجسم الحي“.
يعتقد الباحثون أن ILMs المصممة خصيصًا كفئة جديدة من العلاجات ذات ميزات أمان ممتازة وقدرات إطلاق الأدوية المستهدفة محليًا لها إمكانات واسعة، تتراوح من تجديد الأنسجة إلى تعديل المناعة في مجموعة متنوعة من إعدادات المرض. تم تقديم طلب براءة اختراع يصف استخدام ILMs لتوصيل الأدوية.
مقتبس من بيان صحفي لمعهد Wyss.
