PARA ilmuwan dari Columbia Engineering menciptakan pendekatan baru dalam pengobatan kanker dengan memanfaatkan kolaborasi antara bakteri dan virus. Dalam penelitian terbaru yang dimuat di Nature Biomedical Engineering, tim dari Laboratorium Sistem Biologis Sintetik berhasil menyembunyikan virus di dalam bakteri yang secara aktif mencari tumor. Dengan cara ini memungkinkan virus untuk menghindari deteksi sistem kekebalan tubuh dan akhirnya dilepaskan langsung ke dalam sel tumor.
Platform baru ini memadukan kemampuan bakteri dalam mendeteksi tumor dengan sifat virus yang dapat menginfeksi dan menghancurkan sel kanker. Tal Danino, profesor teknik biomedis di Columbia Engineering, memimpin tim dalam menciptakan sistem CAPPSID (Coordinated Activity of Prokaryote and Picornavirus for Safe Intracellular Delivery). Penelitian ini dilakukan bekerja sama dengan Charles M. Rice, ahli virologi dari Rockefeller University.
“Kami bertujuan meningkatkan terapi kanker dengan bakteri yang nantinya bakteri tersebut mengantarkan dan mengaktifkan virus terapeutik langsung di dalam sel tumor, sambil merancang langkah-langkah pengaman untuk membatasi penyebaran virus di luar tumor,” kata Jonathan Pabón, penulis bersama yang juga calon MD/PhD di Columbia.
Para peneliti meyakini teknologi yang telah diuji pada tikus ini merupakan terobosan penting. Hal ini menjadi contoh pertama rekayasa langsung kolaborasi antara bakteri dan virus untuk menyerang sel kanker.
Pendekatan ini memanfaatkan kecenderungan alami bakteri yang mampu menargetkan sel tumor. Sifat tersebut kemudian dikombinasikan dengan kemampuan virus untuk menginfeksi dan menghancurkan sel kanker.
“Dengan menggabungkan rekayasa bakteri dengan virologi sintetis, tujuan kami adalah membuka jalan menuju terapi multi-organisme yang bisa melakukan jauh lebih banyak daripada yang bisa dicapai oleh satu mikroba saja,” kata Zakary S. Singer, salah satu penulis utama dan mantan peneliti pascadoktoral di laboratorium Tal Danino.
“Ini mungkin platform kami yang paling canggih dan baru hingga saat ini,” kata Danino, yang juga terafiliasi dengan Herbert Irving Comprehensive Cancer Center di Columbia University Irving Medical Center dan Data Science Institute di Columbia.
Menyelinap melewati sistem imun
Dalam terapi virus onkolitik yang merupakan sistem pertahanan tubuh itu sendiri menjadi salah satu hambatan terbesar bagi para peneliti. Jika seorang pasien memiliki antibodi terhadap virus dari infeksi sebelumnya atau vaksinasi, antibodi tersebut bisa menetralkan virus sebelum mencapai tumor. Tim Columbia berhasil mengatasi tantangan tersebut dengan memasukkan virus di dalam bakteri yang secara alami bergerak menuju tumor. “Bakteri ini bertindak seperti jubah ketidaknampakan, menyembunyikan virus dari antibodi yang beredar, dan mengantarkan virus ke tempat yang dibutuhkan,” kata Singer.
Pabón menegaskan bahwa strategi ini memiliki peran yang sangat penting. Terutama bagi jenis virus yang sudah banyak ditemui dalam kehidupan sehari-hari masyarakat. “Sistem kami menunjukkan bahwa bakteri dapat digunakan untuk meluncurkan virus onkolitik untuk mengobati tumor padat pada pasien yang telah mengembangkan kekebalan terhadap virus-virus ini,” katanya.
Menargetkan pada Tumor
Setengah bakteri dari sistem ini adalah Salmonella Typhimurium, sebuah spesies yang secara alami bermigrasi ke lingkungan rendah oksigen yang kaya nutrisi di dalam tumor. Begitu berada di sana, bakteri ini akan menyerang sel kanker dan menyebarkan virus langsung ke dalam tumor.
“Kami memprogram bakteri ini untuk bertindak sebagai kuda Trojan dengan mengangkut RNA virus ke dalam tumor dan lalu membelah diri di dalam sel kanker untuk melepaskan genom virus, yang kemudian bisa menyebar antar sel kanker,” kata Singer.
Para ilmuwan memanfaatkan kecenderungan alami bakteri untuk mencari tumor dan sifat virus yang mampu menggandakan diri dalam sel kanker, menciptakan sistem pengiriman yang mampu menembus dan menyebar ke seluruh bagian tumor, suatu pencapaian yang sebelumnya sulit dilakukan dengan hanya menggunakan bakteri atau virus secara terpisah.
Mengamankan terhadap infeksi yang tidak terkendali
Salah satu kekhawatiran utama dalam terapi virus adalah mengendalikan penyebarannya di luar tumor. Sistem tim ini menyelesaikan masalah tersebut dengan trik molekuler yaitu memastikan virus tidak menyebar tanpa molekul yang hanya dapat diperoleh dari bakteri. Karena bakteri tetap berada di dalam tumor, komponen vital ini (disebut protease) tidak tersedia di bagian lain tubuh.
“Partikel virus yang dapat menyebar hanya bisa terbentuk di sekitar bakteri, yang diperlukan untuk menyediakan mesin khusus yang penting untuk pematangan virus dalam virus rekayasa, menciptakan ketergantungan sintetis antara mikroba,” kata Singer.
Perlindungan ini menambahkan lapisan kontrol kedua: bahkan jika virus melarikan diri dari tumor, ia tidak akan menyebar di jaringan sehat.
“Sistem seperti ini secara khusus ditujukan untuk meningkatkan keamanan terapi hidup, ini akan sangat penting untuk menjelaskan kemajuan ini ke dalam praktik klinis,” lanjutnya.
Penelitian dan aplikasi klinis lebih lanjut
Publikasi ini akan menjadi langkah signifikan menuju penyediaan sistem bakteri-virus jenis ini untuk aplikasi klinis di masa depan. “Sebagai seorang dokter-ilmuwan, tujuan saya adalah untuk membawa obat hidup ke dalam klinik,” kata Pabón.
“Upaya untuk penerjemahan klinis saat ini sedang berlangsung untuk menerjemahkan teknologi kami dari laboratorium,” lanjutnya.
Danino, Rice, Singer, dan Pabón telah mengajukan permohonan paten (WO2024254419A2) kepada Kantor Paten dan Merek Dagang AS terkait dengan pekerjaan ini.
Ke depannya, tim peneliti tengah menguji coba metode ini pada beragam jenis kanker dengan memanfaatkan berbagai model tumor, tikus percobaan, virus, dan muatan berbeda. Tujuannya adalah mengembangkan “alat” terapi virus yang mampu mengenali dan beradaptasi dengan kondisi spesifik dalam sel kanker. Selain itu, mereka juga meneliti kemungkinan sistem ini dengan jenis bakteri yang telah teruji keamanannya dalam uji klinis pada manusia. (Sciencedaily/Z-2)
