研究者たちは、ガスを放出する爆発性の細菌を使って癌細胞を破壊している。

将来的には、超音波ビームの近くに置くと破裂する特殊な装備をした強力な風船を備えた細胞が抗がん剤となり、周囲のがん細胞を殺すようになるかもしれない。カリフォルニア工科大学の研究者らは研究室でこのアイデアをテストしており、今週、最新の研究成果をネイチャー・ナノテクノロジー誌に発表した。

この動作の鍵となるのは、生物学者がガス小胞と呼ぶ小さなタンパク質の泡です。細菌や原生生物の中には、必要に応じてこれらの構造を生成する遺伝的能力を持つものがあります。微生物が水面に浮上したい場合、ガス小胞をいくつか生成して体の浮力を高め、上方に押し上げます。沈みたい場合は、ガス小胞をいくつか破裂させてその逆を行います。

ガス小胞は実に古い。科学者の中には、ガス小胞は30億年前に地球の原始の海で進化したと考える者もいる。21世紀の今、科学者たちはガス小胞を巧みに自分たちの装置に転用した。彼らは体内に侵入できる微生物を遺伝子操作し、妊娠中に使用されるような超音波装置で検出できるようにした。

しかし、ガス小胞には他の力もあります。通常、ガス小胞が破裂すると、内部のガスは泡立ちます。しかし、研究者たちは、そのガスを微調整した超音波で駆動することで、ガスの泡を強制的に成長させ、泡自体も激しく破裂して衝撃波を生み出すことができることを知りました。

科学者たちはこのプロセスを慣性キャビテーションと呼んでいますが、これは超音波でジュエリーを洗浄できるのと同じ科学です。研究の著者は、超音波で膨らませた泡の衝撃波を腫瘍に作用させることができるのではないかと考えました。細胞を遺伝子操作してガス小胞を生成できれば、強力なスリーパーエージェントに変えることができ、超音波で活性化できるようになります。

「今や細胞が爆発物になりつつある」と、この研究に参加したカリフォルニア工科大学の化学エンジニア、ミハイル・シャピロ氏は言う。

まず、研究者たちはガス小胞の爆発能力をテストしなければならなかった。彼らはガス小胞を、脳腫瘍の研究でよく使われる一種の神経膠芽腫細胞とともにペトリ皿に入れた。彼らが超音波で皿を爆破すると、ほんの数秒のうちに、ガス小胞が原因であることを示唆する広範囲にわたる混乱の兆候が見られた。

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次に研究者らは、生きた癌に侵されたマウスでこのプロセスをテストした。研究者らは、腫瘍に定着する傾向があることで知られる大腸菌に、ガス小胞を生成できる遺伝子を組み込んだ細菌を注入した。

「私たちは、正しい場所に到達する方法を知っているこれらの細胞にヒッチハイクしているようなものです」と、カリフォルニア工科大学の博士研究員でこの論文の第一著者であるアビノアム・バーザイオン氏は言う。

細菌を5日間循環させた後、研究者たちは超音波を照射した。その時点で、研究者たちは細菌が腫瘍の奥深くに定着していることを発見した。超音波治療の約2週間後、破壊された腫瘍は破壊されなかった腫瘍よりも3倍もゆっくりと成長していた。そして、ガス小胞治療を受けたマウスは、平均して、他の治療を受けたマウスの2倍以上長く生存した。

科学者が人体内部の小さな泡を研究したのは今回が初めてではない。赤血球ほどの大きさの小さな泡はマイクロバブルと呼ばれ、何十年も前から薬剤を送達する可能性のある方法としてテストされてきた。また、科学者が体内への輸送手段として微生物を使用することを考えたのも今回が初めてではない。研究者らは、特定の腸疾患などの一部の症状を治療できる薬剤を送達する特定の細菌の能力をテストした。しかし、FDA の承認には程遠く、科学者の中にはこのアイデア全体に懐疑的な者もいる。

「何十年も経ったが、それが実現するのをまだ見ていない」と、この研究には関わっていないコロラド大学ボルダー校の生物医学エンジニア、マーク・ボーデン氏は言う。

カリフォルニア工科大学の研究グループによれば、彼らのアプローチは独特だという。オペレーターは超音波装置を使って装置を制御できる。その結果、彼らの治療法は、少なくとも理論上は、体外から制御できるという魅力的な能力を持つ。

「この技術により、必要なときに治療を開始し、必要なだけ治療を施すことができます」とボーデン氏は言う。「治療を開始したり停止したりできるというのは、治療薬としては非常に珍しいことだと思います。」

さらに、がん治療が適切な場所に確実に届くようにするのは必ずしも容易ではありません。しかし、カリフォルニア工科大学の研究グループは、がん細胞に入り込む性質をもともと持っている微生物を利用して、ガス小胞を必要な場所に届けるという作業を行っています。

「細胞を配達員として働かせて、適切な場所に届け、現場で適切な場所で製造することができます」とシャピロ氏は言う。

もちろん、この研究を研究室で機能させることは一つの課題であり、それを医師の手に渡すことは全く別の問題であり、研究者にはまだ長い道のりが残っています。まず、ガス小胞を含む微生物を人体に注入しても免疫系が刺激されないこと、または腫瘍以外の組織に損傷を与えないことを確かめる必要があります。そのため、げっ歯類、豚、非ヒト霊長類などの動物でさらに治療法をテストする必要があります。

しかし、もしそれがうまくいけば、がんの脅威に対抗するために使用できる、増え続けるツールボックスにさらに加わることになるかもしれない。

「これは魅力的な技術であり、大きな可能性を秘めていると思います」とボーデン氏は言う。