Біологічні препарати відкрили нові можливості для лікування хвороб, які раніше вважалися важковиліковними або невиліковними. Однак, на відміну від малих молекулярних препаратів, біологічні засоби потребують внутрішньовенного або підшкірного введення, оскільки вони руйнуються під час проходження через верхній шлунково-кишковий тракт. «Ми не маємо ефективного способу їхнього перорального введення», — зазначив Закарі Бейкер, аспірант біологічних наук у Вірджинському технологічному інституті. «Ми хотіли знайти спосіб покращити існуючі механізми пероральної доставки».

Щоб реалізувати це, Бейкер та інші дослідники під керівництвом мікробіолога Браяна Хсу та імунолога Ліву Лі з Вірджинського технологічного інституту розпочали роботу над створенням пероральних біологічних препаратів, які можуть виробляти терапевтичні білки безпосередньо в людському кишківнику. Наразі біофармацевтичні компанії вирощують мікроорганізми у великих ферментерах для виробництва біологічних препаратів, але Хсу зазначив, що це не обов'язково. «Ми самі є бактеріальним ферментером у нашому кишечнику. Все, що нам потрібно, — це ввести туди генетичний матеріал», — сказав він.

Їхня робота базується на бактеріофагах. Вводячи ген для біологічного препарату в фаг, вони можуть доставити його перорально, де він захоплює ресурси бактерії для виробництва препарату в кишківнику. Фаги можуть зберігатися в кишечнику понад рік, що робить їх ідеальними для довготривалого вироблення терапевтичних засобів.

Лоран Дебарб'є, молекулярний мікробіолог з Інституту Пастера, який не брав участі в дослідженні, зазначив, що це «доволі цікава концепція».

Команда Хсу розпочала з того, що ввела ген зеленого флуоресцентного білка в геном бактеріофага, щоб візуально відстежувати виробництво білка після потрапляння у кишечник. Потім фаги перорально вводили мишам, а через чотири дні проводили візуалізацію їхнього кишечника. Виявилось, що зелений флуоресцентний білок накопичився в слизовій оболонці кишечника. «Це нас дуже надихнуло», — сказав Хсу. — «Саме там і буде вироблятись білок… саме в тому місці, де він нам потрібен».

Далі вчені застосували дві моделі мишей, щоб точніше продемонструвати, як їхня система працюватиме для доставки білків, пов’язаних із хворобами. В одній моделі вони зосередилися на виробленні білка-інгібітора серинової протеази B1a (SERPINB1a), який регулює активність ферменту, що бере участь у розвитку виразкового коліту. Коли фаги використовувалися для доставки гена SERPINB1a в кишкові бактерії, дослідники помітили, що у мишей, які отримали фагову терапію, ферментативна активність була нижчою, а вага — вищою, порівняно з тими, хто не отримав цей ген.

В іншій моделі досліджували здатність фагів доставляти ген ClpB — білка, що допомагає зменшити набір ваги у мишей із ожирінням. Тваринам давали їжу з високим вмістом жирів, а потім вводили ген CLPB за допомогою фагів. Після цього миші споживали менше їжі, що свідчить про потенціал такого підходу в регуляції апетиту.

Обидва ці доклінічні експерименти підтверджують: терапевтичні білки, які мають діяти в межах кишківника, можна виробляти прямо там — за допомогою бактерій, інфікованих фагами, у нижньому відділі шлунково-кишкового тракту, оминаючи шлункове руйнування. «Наступне завдання, яке ми плануємо вивчати — як забезпечити поглинання цих білків тілом після того, як вони будуть вироблені в кишківнику», — зазначив Хсу. У публікації дослідники згадують, що цього можна досягти, змінюючи фізико-хімічні властивості білка для подолання кишкового бар’єру.

Дебарб'є також зазначив інші перспективні напрями для майбутніх досліджень. Зокрема, хоча команда Хсу показала рівномірне вироблення білка по всьому кишечнику, у майбутньому можна буде спрямовувати виробництво лише в певні ділянки — наприклад, інфікуючи фагами ті бактерії, які мешкають в окремих зонах кишківника. Це може бути особливо важливим за необхідності локалізованої дії — скажімо, в осередках запалення або біля пухлин. Крім того, Дебарб'є наголосив на важливості розробки механізмів «вимикання» активності фагів у потрібний момент.

«Фаги довгий час вважались виключно протимікробними агентами», — зазначив Бейкер. — «Але ми сподіваємось, що наше дослідження допоможе розширити це уявлення, переосмислити роль фагів і використати їх як інструмент для зовсім інших терапевтичних завдань».

Джерело: https://www.drugdiscoverynews.com/engineering-bacteriophages-to-produce-proteins-in-the-gut-16311