使用体外共培养模型为治疗实体肿瘤的细菌工程提供信息

为什么细菌在癌症治疗中可能与您相关

外科手术、化疗和放疗等癌症治疗能挽救生命，但常伴随严重副作用，而且治疗失败的情况也并不少见。一种引人注目的新思路是利用活细菌作为精确工具，从内部寻找并攻击实体肿瘤。本文说明了科学家如何构建实验室测试系统——在人类细胞与细菌共同生长的环境中——在这些疗法进入临床之前设计出更安全、更聪明的细菌疗法。

寻找肿瘤的小帮手

某些细菌天然偏好实体肿瘤内部那种缺氧、恶劣的环境，而非健康组织。它们可通过渗漏的肿瘤血管进入，或借助免疫细胞“搭车”到达肿瘤，进而趋向肿瘤核心的坏死与凋亡细胞，在那里繁殖并有时诱导癌细胞死亡或激发局部免疫反应。现代基因工程把这些天然“肿瘤定向”菌株改造成活的递送载体，能够在最需要的地方释放药物、免疫刺激物或其他载荷，同时通过削弱其有害特性来提高安全性。

构建更逼真的实验室微型肿瘤

为了理解并改进这些活性药物，科学家需要尽可能模拟人体内情况的测试平台。平面细胞层易于培养、适合快速筛查，但无法反映真实肿瘤的复杂结构与氧梯度。三维模型，例如由癌细胞系构成的球体和从患者组织培养的类器官，更好地重现了关键特征——如有生机的外壳、沉寂的内区和坏死的核心。当细菌与这些微型肿瘤直接混合时，研究者可以观察它们如何入侵、在哪里积聚，以及在类似患者肿瘤的条件下工程化药物电路的工作效果。

分离细胞以研究信号交流

其他共培养设计更侧重于细菌与人类细胞之间看不见的化学交换而非物理接触。在跨滤器（transwell）系统中，多孔膜将两个腔室分开，小分子可通过而细胞被隔离开来。这使研究人员能够测试例如某菌株将无害化合物转化为扩散到附近癌细胞的致瘤气体的能力。微流控芯片——带有通道和隔舱的微小装置——则增加了另一层现实性。它们可以控制流体流动、氧气水平和时间，从而让工程化细菌按同步周期生长并裂解，反复将治疗分子淋浴式地送到癌细胞上，紧密追踪双方随时间的响应。

洞察肿瘤生态系统内部

共培养模型也被用来研究细菌如何与更广泛的肿瘤生态系统相互作用。从个体患者衍生的类器官能保留原始肿瘤的许多遗传特征和药物反应，为细菌疗法的个性化测试打开了大门。向这些培养物中添加免疫细胞可以揭示细菌如何增强或抑制抗癌免疫，以及它们可能如何与检查点抑制剂类药物联合使用。同时，这些模型也会凸显安全性问题，例如可能损伤DNA并有助于促癌的细菌毒素。通过调整培养条件、氧气水平和测量方法——从活体成像到DNA测序——研究者可以系统地探索这些益处与风险。

从实验台到临床床边

尽管动物实验结果令人振奋，但很少有细菌癌症疗法在人体试验中显示出明确益处。作者认为，更智能地使用共培养系统可以弥合这一差距。通过更好地捕捉个体间差异、肿瘤复杂性和既往治疗历史，这些模型能识别最有前景的工程菌株、如何与现有药物联合使用及其可能失败的场景。文章还强调需要共享标准，以便世界各地的实验室能比较结果、监管机构能更自信地评估安全性和有效性。通俗地说，与细菌并列培养的精心设计的实验室微型肿瘤，为完善这些“智能微生物”提供了强有力的方法，从而提高未来患者获得既更安全又更有效细菌疗法的可能性。

引用: Foschini, S., Wright, J.A., Woods, S.L. et al. Use of in vitro co-culture models to inform bacterial engineering for the treatment of solid tumours. npj Biomed. Innov. 3, 21 (2026). https://doi.org/10.1038/s44385-026-00075-9

关键词: 细菌癌症疗法, 肿瘤类器官, 共培养模型, 合成生物学, 肿瘤微环境