Badacze z University of Pittsburgh School of Medicine zaprezentowali dowód koncepcji zupełnie nowego podejścia do leczenia chorób powierzchni oka. Zamiast podawać gotowy lek w postaci kropli, naukowcy zmodyfikowali genetycznie bakterie naturalnie żyjące w oku tak, aby same produkowały substancję terapeutyczną.

W eksperymencie wykorzystano Corynebacterium mastitidis, bakterię należącą do naturalnego mikrobiomu oka, żyjącą pod powieką i u większości osób nie wywołującą infekcji. Zespół badawczy przeprogramował mikroorganizm tak, aby wydzielał interleukinę-10 (IL-10) - przeciwzapalną cytokinę regulującą reakcje immunologiczne i ograniczającą uszkodzenia tkanek wywołane nadmiernym stanem zapalnym.

- To pierwszy dowód, że mikroorganizm naturalnie żyjący na powierzchni oka można zaprojektować tak, aby dostarczał substancję terapeutyczną poprawiającą zdrowie oka - powiedział Anthony St. Leger, profesor okulistyki i immunologii w University of Pittsburgh oraz badacz UPMC Vision Institute. - Otwiera to drogę do koncepcji "żywych leków" dla oka - czegoś, co aplikujemy raz, a potem pozostaje na miejscu, chroni tkanki i wspiera proces gojenia - dodał.

Problem z klasycznymi kroplami do oczu

W przypadku wielu chorób okulistycznych problemem nie jest dziś brak skutecznych cząsteczek terapeutycznych, lecz sposób ich dostarczania do miejsca działania. Powierzchnia oka jest stale pokryta cienką warstwą filmu łzowego, który pełni funkcję biologicznej bariery ochronnej. Składa się on z trzech warstw - lipidowej, wodnej i mucynowej - i odpowiada za nawilżanie rogówki, usuwanie drobnoustrojów oraz mechaniczne wypłukiwanie zanieczyszczeń. Ten sam mechanizm obronny sprawia jednak, że substancje lecznicze podane w kroplach bardzo szybko są rozcieńczane i usuwane z powierzchni oka wraz z łzami oraz podczas mrugania.

W praktyce oznacza to, że tylko niewielka część dawki leku rzeczywiście dociera do tkanek oka. Szacuje się, że biodostępność wielu preparatów okulistycznych nie przekracza kilku proc. Reszta zostaje wypłukana przez film łzowy lub spływa przez drogi łzowo-nosowe. Dlatego w leczeniu wielu chorób pacjenci muszą stosować krople kilka razy dziennie, a czasem nawet częściej, aby utrzymać terapeutyczne stężenie substancji czynnej na powierzchni oka.

Takie podejście ma jednak swoje ograniczenia. Częste aplikowanie kropli jest dla wielu osób uciążliwe. Dodatkowo wahania stężenia leku między kolejnymi dawkami mogą zmniejszać skuteczność terapii. Problem ten dotyczy szczególnie schorzeń powierzchni oka, takich jak uszkodzenia rogówki, przewlekły zespół suchego oka czy zapalne choroby nabłonka rogówki i spojówki. W tych przypadkach kluczowe jest długotrwałe działanie przeciwzapalne i regeneracyjne, którego nie zawsze da się osiągnąć za pomocą klasycznych kropli.

Z tego powodu coraz więcej zespołów badawczych poszukuje nowych sposobów dostarczania leków do oka. Naukowcy z University of Pittsburgh postanowili sprawdzić, czy zamiast wielokrotnie podawać lek z zewnątrz, można sprawić, aby był on produkowany bezpośrednio na powierzchni oka.

Szybsze gojenie rogówki

W modelu zwierzęcym naukowcy delikatnie uszkadzali rogówkę myszy, aby odtworzyć sytuację przypominającą drobny uraz powierzchni oka. Następnie aplikowali zmodyfikowane bakterie produkujące IL-10. Okazało się, że rogówki zwierząt leczonych "żywą terapią" goiły się szybciej niż u myszy, którym podano zwykłe bakterie lub roztwór soli fizjologicznej. Efekt był wyraźny i powtarzalny.

Badacze przeprowadzili także dodatkowy test, w którym zablokowano receptor dla interleukiny-10. W takiej sytuacji przewaga terapeutyczna znikała. Oznacza to, że przyspieszone gojenie było bezpośrednim skutkiem działania tej substancji produkowanej przez zmodyfikowane bakterie.

Aby sprawdzić, czy podobna taktyka mogłaby sprawdzić się u ludzi, stworzono wariant bakterii produkujący ludzką formę interleukiny-10 i przetestowano go w hodowlach komórkowych. W eksperymentach laboratoryjnych bakterie przyspieszały zamykanie się rany w komórkach nabłonka rogówki, czyli w komórkach tworzących najbardziej zewnętrzną warstwę tej struktury. Jednocześnie zmniejszały sygnały zapalne w ludzkich komórkach układu odpornościowego.

Platforma dla leków, ale na wczesnym etapie

Jednym z najciekawszych elementów technologii opisanej w czasopiśmie Cell Reports jest jej modułowa konstrukcja. Zmieniony gen odpowiedzialny za produkcję IL-10 można teoretycznie zastąpić innym genem kodującym białko terapeutyczne. Oznacza to, że w przyszłości podobne bakterie mogłyby dostarczać cząsteczki przeciwzapalne, regeneracyjne lub modulujące odpowiedź immunologiczną, dopasowane do konkretnych chorób okulistycznych.

Technologia jest jednak na bardzo wczesnym etapie rozwoju. Zanim będzie można myśleć o badaniach klinicznych, konieczne będzie opracowanie mechanizmów bezpieczeństwa pozwalających kontrolować namnażanie zmodyfikowanych bakterii. Naukowcy pracują m.in. nad tzw. biologicznymi wyłącznikami, które umożliwią dezaktywację lub usunięcie mikroorganizmów po zakończeniu terapii.

Czytaj także:

Ameby "zjadają" rogówkę. Profesor radzi jak uniknąć ryzyka

Połowa chorych na zaćmę wciąż czeka na operację