【合成生物学】用于肿瘤治疗的工程化细菌生物反应器学术资讯

来源：X一MOL资讯

恶性肿瘤是全球范围内难以攻克的重大疾病之一，对人类健康具有极大的威胁。现阶段临床治疗肿瘤的手段主要包括手术切除、药物化疗及放射性疗法等，对于肿瘤患者的病情能够做到一定程度上的控制。在非侵入性治疗中，放、化疗最为有效，但其难以做到特异性杀伤肿瘤，通常对机体内正常组织也会造成极大的损伤。因此，新的治疗思路和更友好、更有效的治疗方式亟待发展。

肿瘤局部微环境与正常组织区域存在一定的差异性，包括pH值偏低、氧气浓度较低、部分酶过表达等。基于此，多种肿瘤微环境刺激响应的纳米靶向载体迅速发展，通过携带药物或光敏剂等实现对肿瘤的精准靶向治疗。然而，目前纳米靶向载体仍存在着诸多限制：一是常规靶向载体主要为被动靶向，靶向效果不够理想；二是药物携带量有限，治疗效果受制于药物浓度和利用率。而自然界中广泛存在的微生物，包括细菌、真菌以及各种单细胞生物等，具备许多意想不到的优势。例如，细菌尤其是厌氧性细菌，对于乏氧的肿瘤区域具有优良的靶向效果；同时，肿瘤异质性与异常增生导致的内部坏死性富营养化，也是该类细菌增殖的良好环境。另外，细菌作为合成生物学最广泛应用的工具，能够被定向可控地基因改造，从而具备相当多外源性的功能。

基于此，武汉大学张先正教授团队通过合成生物学和化学修饰手段，构建了一种工程化的细菌生物反应器，实现了肿瘤组织原位的毒性类芬顿反应（Fenton-like reaction）的发生，有效抑制了肿瘤的发展。通过合成生物学的方式，他们对一种减毒的大肠杆菌转化可合成NDH-2酶的质粒，该种改造后的细菌（Ec-pE）通过酶促呼吸作用实现H2O2的过量产生。同时，在该细菌表面通过化学键键接10 nm左右的超顺磁性Fe3O4纳米粒子（MNP），得到基于细菌的生物反应器（Ec-pE@MNP）。肿瘤微环境一方面募集Ec-pE@MNP，另一方面为Ec-pE的增殖提供了适宜的环境。迅速增殖的细菌产生过量的H2O2，并在MNP的催化作用下不断发生类芬顿反应，产生毒性的羟基自由基(•OH)诱导肿瘤细胞的凋亡，进而抑制肿瘤的生长。

该生物反应器既实现了对肿瘤主动靶向的问题，又解决了治疗过程中毒性来源不足的问题，实现了对肿瘤的长期有效抑制。

这一成果近期发表在Advanced Materials上，文章的第一作者是武汉大学博士研究生樊锦轩与彭梦云。

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