利用活体显微成像技术研究细菌载体在靶向肿瘤治疗中的作用机制

Cancer is the major disease causing the death of human. Study of cancer mechanism and therapy has been the hotspot for many years. Recently, cancer bacterial therapy is becoming a novel anti-cancer method attracting researchers' interest. The results indicated bacteria could specifically target the microenvironment of solid tumor, but the mechanism is still unclear. In our previous study, we constructed an attenuated Salmonella typhimurium tumor targeting strain YB1, and developed breast and liver cancer animal model. Furthermore, we started the construction of live imaging system for observing the process of bacteria targeting tumor. In this project, we want to accomplish：1. Developing multiply fluorescence proteins, which is compatible, stable, and strong tissue penetrating, to label bacteria and cancer cells. 2. Oberering and recording the whole process of bacteria targeting tumor in whole-body, tissue, and cell levels.3. Studying the interaction between bacteria and cancer cells, bacteria and immune cells, cancer cells and immune cells in this process. Based on the studies, we try to understand the underlying mechanism in bacteria targeting tumor, to further support the study of cancer and development of bacterial vector in cancer therapy.

肿瘤是导致人类死亡的重要原因之一，对肿瘤的不懈研究以及治疗方法的探索一直是生命科学的焦点。近年来，靶向肿瘤的细菌载体作为一种新兴的治疗方法越来越多的受到关注。研究发现，细菌载体对于实体瘤的厌氧微环境具有特殊的靶向效应，但是机制并不清楚。我们通过前期研究，已构建出一株靶向肿瘤的减毒沙门氏菌细菌载体（YB1），建立了乳腺癌和原发肝癌的动物模型；并开始建立小动物活体成像平台，可以对细菌靶向肿瘤的整个过程进行实时监控。本项目拟研发多种兼容、稳定、以及组织穿透能力强的荧光蛋白，分别标记细菌和肿瘤细胞；从整体、局部和显微三个层面直接观测和记录细菌靶向肿瘤的全过程；研究在细菌治疗肿瘤过程中，细菌和肿瘤细胞、细菌和免疫细胞、肿瘤细胞和免疫细胞的相互作用。通过上述研究，力图阐明细菌靶向肿瘤的治疗中的作用机制，以及免疫系统在此过程中充当的角色，对于肿瘤的基础研究、细菌载体的研发以及肿瘤治疗都具有重要的意义。

肿瘤是导致人类死亡的重要原因之一，对肿瘤的不懈研究以及治疗方法的探索一直是生命科学的焦点。近年来，靶向肿瘤的细菌载体作为一种新兴的治疗方法越来越多的受到多方关注。研究发现，细菌载体对于实体瘤的厌氧微环境具有特殊的靶向效应，但是机制并不清楚。因此本项目立足于小动物活体成像技术，对于细菌载体靶向肿瘤以及其抑制肿瘤的机理展开研究。..本项目课题组通过三年的研究，建立并完善了小动物活体成像平台，从整体、局部和显微三个层面对细菌靶向肿瘤的整个过程进行了实时监控。首先，本课题组建立了一种简单快速的小动物体内成像模型。从而确定了分别标记细菌载体和肿瘤细胞的荧光蛋白，并且调整了荧光蛋白的表达强度，满足了在体内的活体成像要求；第二，改进和研发了稳定的小动物活体成像视窗模型，实现了长时间多次反复观察肿瘤生长以及细菌治疗的过程。本课题组成功的观测到肿瘤细胞从种植，到诱导肿瘤相关血管的大量生长，以及形成肿瘤厌氧区域的完整过程。此研究发现对于肿瘤的发生，生长，迁移等研究提供了重要的直观观测数据；第三，本课题组通过追踪单个细菌在肿瘤内血管的迁移，发现了细菌可以牢牢贴附于肿瘤血管内壁的重大事实。从而揭露了细菌靶向肿瘤的原理。即细菌在注射后很短的时间之内，就可以在肿瘤内部血管定位，脱离血液循环系统从而躲避免疫系统的清剿。随着时间的推移，细菌可以达到在肿瘤中生长以及抑制肿瘤的作用。第四，通过对细菌治疗过程的观测，我们发现：在疗的24小时之内，细菌LPS诱导产生的细胞因子TNF-a对于肿瘤相关的血管造成了巨大伤害。这个发现解释了细菌载体抑制肿瘤的原理是通过直接和间接作用同时造成的，同时我们也发现并不是所有的肿瘤血管都会被TNF-a损害，那些残存的血管会再次诱导新的血管生成。这个发现也解释了在大多数情况下，为什么细菌载体不能完全治愈肿瘤以及肿瘤复发的难题。综上所述，通过研发小动物活体成像技术，对于肿瘤的基础研究、细菌载体的研发以及肿瘤治疗都具有重要的意义。