Programmare i batteri per combattere il cancro - Tal Danino

Per la visione della lezione completa: https://ed.ted.com/lessons/hacking-bacteria-to-fight-cancer-tal-danino

Nel 1884, un paziente sfortunato con un cancro al collo che cresceva rapidamente, prese un'infezione batterica cutanea non correlata al cancro. Man mano che l'infezioni guariva, il cancro cominciò sorprendentemente a regredire. L'infezione aveva stimolato il sistema immunitario del paziente. Oggi, i biologi sintetici programmano i batteri per trasportare i farmaci in modo sicuro direttamente ai tumori. Com'è possibile? Tal Danino cerca di scoprirlo.

Lezione di Tal Danino, diretta da Chris Bishop.

Nel 1884, la fortuna di un paziente
sembrò andare di male in peggio.

Questo paziente aveva un cancro
al collo che cresceva velocemente,

e poi si prese un'infezione batterica
cutanea non correlata al cancro.

Ma dopo poco, successe
qualcosa di inaspettato:

man mano che l'infezione guariva,
anche il cancro iniziò a regredire.

Quando il dottor William Coley
visitò il paziente sette anni dopo,

non c'era alcun segno visibile del cancro.

Coley credeva che stesse succedendo
qualcosa di incredibile:

l'infezione batterica aveva stimolato
il sistema immunitario del paziente

a combattere il cancro.

La fortunata scoperta di Coley
lo portò ad aprire la strada

all'iniezione intenzionale di batteri
per curare il cancro con successo.

Più di 100 anni dopo, i biologi sintetici
hanno trovato un modo ancora migliore

di usare questi alleati
una volta improbabili:

programmarli per trasportare i medicinali
in modo sicuro direttamente ai tumori.

Il cancro si sviluppa quando
le funzioni delle cellule si alterano,

inducendole a moltiplicarsi rapidamente
e formare dei noduli chiamati tumori.

I trattamenti come la radioterapia,
la chemioterapia e l'immunoterapia

cercano di uccidere le cellule maligne,
ma possono colpire tutto il corpo

e danneggiare i tessuti sani nel processo.

Tuttavia, alcuni batteri
come l'Escherichia coli

hanno il vantaggio unico di crescere
selettivamente all'interno dei tumori.

Di fatto, il nucleo di un tumore
costituisce un ambiente ideale

in cui possono moltiplicarsi in sicurezza,
al riparo dalle cellule immunitarie.

Invece di causare un'infezione,

i batteri possono essere riprogrammati
per trasportare i farmaci anti-cancro,

che si comportano come un trojan horse,
colpendo il tumore dall'interno.

L'idea di programmare i batteri
per percepire e reagire in modi nuovi

è un obiettivo primario
nel campo della biologia sintetica.

Ma come si possono programmare i batteri?

La chiave è la manipolazione del loro DNA.

Inserendo delle sequenze
genetiche particolari nei batteri,

questi possono essere indotti
a sintetizzare molecole diverse,

incluse quelle che inibiscono
la crescita del cancro.

Possono anche essere indotte
a comportarsi in modi molto precisi

con l'aiuto di circuiti biologici.

Questi programmano diverse reazioni
in base alla presenza, all'assenza

o alla combinazione di certi fattori.

Per esempio, i tumori hanno
bassi livelli di ossigeno e pH

e producono specifiche
molecole in eccesso.

I biologici sintetici possono programmare
i batteri per rilevare quelle condizioni,

e, così facendo, reagire ai tumori
evitando i tessuti sani.

Un tipo di circuito biologico, conosciuto
come circuito di lisi sincronizzato

permette ai batteri non solo
di trasportare farmaci,

ma di farlo secondo
uno schema predefinito.

Innanzitutto, per evitare
di danneggiare il tessuto sano,

la produzione di farmaci anti-cancro
comincia con la crescita dei batteri,

il che si verifica solo
all'interno del tumore stesso.

In seguito, dopo aver prodotto il farmaco,

un interruttore fa esplodere i batteri

quando raggiungono una soglia
di popolazione critica.

Ciò rilascia il farmaco e al contempo
riduce la popolazione batterica.

Tuttavia, una certa percentuale
di batteri rimane in vita

per ricostituire la colonia.

Infine, il numero aumenta ancora
fino ad attivare di nuovo l'interruttore

e continuare il ciclo.

Questo circuito può essere perfezionato
per trasportare farmaci

con qualsiasi schema temporale
vada meglio per combattere il cancro.

Questo approccio si è rivelato promettente
negli studi clinici con i topi.

Non solo gli scienziati hanno eliminato
con successo i linfomi

iniettati con batteri, ma l'iniezione
ha stimolato il sistema immunitario

preparando le cellule immunitarie
a identificare e attaccare nuovi linfomi

in altre parti del topo.

Al contrario di molte terapie,

i batteri non colpiscono
un tipo specifico di cancro,

ma piuttosto le caratteristiche generali
che tutti i tumori solidi condividono.

Inoltre, i batteri programmati
non si limitano a combattere il cancro.

Possono fungere da sensori sofisticati

che monitorano le zone potenziali
di future malattie.

I batteri probiotici buoni potrebbero
rimanere dormienti nel nostro intestino,

dove potrebbero rilevare, prevenire
e trattare i disturbi

prima che si presentino i sintomi.

I progressi tecnologici hanno generato
entusiasmo per un futuro

con farmaci personalizzati,
guidato da nanorobot meccanici.

Ma grazie a milioni di anni di evoluzione,

potremmo già avere un punto di partenza

nell'inaspettata
forma biologica dei batteri.

Aggiungiamo al tutto la biologia sintetica

e chissà cosa potrebbe
essere possibile a breve.