U naprednoj farmakologiji, sustavi za dostavu lijekova posredovani bakterijama (DDS) koriste specijalizirane, često genetski modificirane ili atenuirane bakterije za prijenos i oslobađanje terapijskih tereta izravno unutar ciljnih tkiva. Ovaj se pristup prvenstveno koristi u onkologiji raka i gastrointestinalnoj terapiji jer bakterije mogu aktivno ući duboko u hipoksična (područja s nedostatkom kisika) – poput jezgre solidnih tumora – gdje tradicionalni intravenski lijekovi teško dopiru.
Bakterije prenose lijekove u tkiva koristeći dvije glavne metode: kemijsku konjugaciju (fizičko vezanje lijeka na vanjsku ili unutarnju stranu stanice) i genetski inženjering (programiranje živih bakterija za sintetiziranje lijeka izravno na ciljnom mjestu).
1. Kemoterapijski lijekovi
Standardna sistemska kemoterapija često uzrokuje ozbiljne nuspojave jer oštećuje zdrava tkiva. Kapsuliranjem ovih visokotoksičnih lijekova unutar bakterija ili njihovih derivata, istraživači mogu usmjeriti aktivnu kemikaliju izravno u tumor.
- Paklitaksel (PTX): Ubačen u vezikule vanjske membrane bakterija (OMV) ili pričvršćen na bakterijske nosače kako bi ciljao tumore dojke, pluća i jajnika, a istovremeno štedio zdrava tkiva.
- Doksorubicin (DOX): Vezan za magnetotaktičke bakterije ili atenuirane sojeve (poput Salmonele ili E. coli). Vanjska magnetska polja mogu se koristiti za ručno usmjeravanje ovih bakterija opterećenih lijekovima izravno na specifična tkiva organa.
- Gemcitabin i Tegafur: Pakirani unutar bakterijskih derivata za selektivno liječenje raka gušterače i debelog crijeva s minimalnom sistemskom toksičnošću.
2. Biološki lijekovi i terapijski peptidi
Projektiranjem stvoreni “živi lijekovi” mogu kolonizirati specifična tjelesna tkiva (poput crijeva) i djelovati kao mikro-tvornice, kontinuirano sintetizirajući i oslobađajući terapijske molekule.
- Citokini i interleukini: Modificirane bakterije (npr. Listeria monocytogenes ili Salmonella typhimurium) nose genetske plazmide koji ih potiču na lučenje IL-2, IL-12 ili TNF-alfa unutar tumorskog tkiva. To pokreće snažan lokalni imunološki odgovor za smanjenje tumora bez izazivanja upalnih oluja u cijelom tijelu.
- Analozi inzulina i GLP-1: Sigurne bakterije prehrambene kvalitete poput Lactobacillus ili Lactococcus lactis su konstruirane za proizvodnju metaboličkih peptida. Kada se uzimaju oralno, koloniziraju crijevnu stijenku i luče peptide za upravljanje dijabetesom i pretilošću.
- Protuupalni citokini (npr. IL-10): Modificirane bakterije ih dostavljaju izravno u upaljeno tkivo crijevne sluznice za liječenje upalnih bolesti crijeva (IBD) poput Crohnove bolesti i ulceroznog kolitisa.
3. Nukleinske kiseline (genska terapija)
Bakterije su vrlo učinkovita sredstva za unošenje genetskog materijala u specifične ljudske ciljne stanice kako bi se promijenilo napredovanje bolesti.
- Male interferirajuće RNA (siRNA) i shRNA: Bakterije mogu zaštititi krhke RNA sekvence od uništavanja od strane imunološkog sustava. One nose te nukleinske kiseline izravno u ciljne stanice kako bi utišale onkogene (gene koji uzrokuju rak).
- DNA plazmidi: Bakterije prenose plazmide gena supresora tumora u jezgru abnormalnih tkiva, potičući ljudske stanice da apsorbiraju DNA i eksprimiraju proteine koji pokreću ciljano stanično uništenje.
4. Fotosenzibilizatori i nanočestice
Putem biohibridne nanotehnologije, bakterije se mogu fizički vezati za sintetičke nanočestice ili spojeve osjetljive na svjetlost.
- Fototermalni i fotodinamički agensi: Bakterije prenose materijale koji reagiraju na svjetlost izravno u ciljane mase. Nakon što se bakterije akumuliraju na mjestu, kliničari primjenjuju lokalizirano svjetlo bliskog infracrvenog zračenja ili lasere kako bi zagrijali spojeve, ubijajući okolne oboljele stanice.
Kako bakterije uspješno dostavljaju teret
Bakterije pružaju jedinstvene prednosti u odnosu na tradicionalne sintetičke nosače lijekova (poput liposoma ili samostalnih nanočestica):
- Aktivna pokretljivost: Mnoge bakterije koriste flagele za vlastito kretanje, probijajući se kroz guste tkivne barijere i zone tekućine visokog tlaka unutar tumora.
- Ciljana homogenizacija: Određene bakterije uspijevaju u nekrotičnim, niskokisičnim ili vrlo kiselim okruženjima, što ih prirodno privlači u upaljena ili kancerogena tkiva, a izbjegava zdrave organe bogate kisikom.
- Kontrolirano oslobađanje tereta: Korištenjem mehanizma koji se naziva kvorum sensing, bakterije se mogu konstruirati tako da odgode oslobađanje svog tereta lijeka dok se uspješno ne prikupe u dovoljno velikom broju izravno unutar ciljnog tkiva.