- जापान के JAIST शोधकर्ताओं ने उभयचरों और सरीसृपों के आंत बैक्टीरिया का उपयोग करके चूहों के ट्यूमर को पूरी तरह हटाने में सफलता पाई
- जापानी tree frog से अलग किया गया Ewingella americana स्ट्रेन सिर्फ एक बार की intravenous injection से 100% complete response (CR) हासिल करने में सफल रहा
- इस बैक्टीरिया ने कैंसर कोशिकाओं का प्रत्यक्ष विनाश और इम्यून सिस्टम सक्रियण दोनों को एक साथ प्रेरित किया, जिससे मौजूदा anti-cancer drugs की तुलना में बेहतर प्रभाव दिखा
- यह सामान्य अंगों में बिल्कुल जमा नहीं हुआ और toxicity या side effects के बिना सुरक्षा साबित की
- विभिन्न solid cancers तक विस्तार की संभावना सामने आने से इसे नई anti-cancer treatment paradigm के रूप में देखा जा रहा है
अध्ययन का अवलोकन
- JAIST की शोध टीम ने जापानी tree frog (Dryophytes japonicus) की आंत से अलग किए गए Ewingella americana में शक्तिशाली anti-cancer activity होने का पता लगाया
- शोध परिणाम अंतरराष्ट्रीय जर्नल Gut Microbes में प्रकाशित हुए
- अब तक gut microbiome पर हुए शोध मुख्य रूप से microbiota regulation या fecal transplant जैसे अप्रत्यक्ष तरीकों पर केंद्रित रहे हैं,
जबकि इस अध्ययन ने अलग-अलग बैक्टीरिया को सीधे isolate और culture करके intravenous administration करने की नई उपचार रणनीति पेश की - जापानी tree frog, Japanese fire-bellied newt (Cynops pyrrhogaster), और Japanese grass lizard (Takydromus tachydromoides) आदि से कुल 45 प्रकार के बैक्टीरिया अलग किए गए
- इनमें से 9 प्रकारों ने anti-tumor effect दिखाया, और E. americana ने सबसे उत्कृष्ट प्रभाव प्रदर्शित किया
उल्लेखनीय उपचार प्रभाव
- mouse colon cancer model में E. americana की केवल एक intravenous injection देने पर 100% complete response (CR) हासिल हुआ
- इसका प्रभाव anti-PD-L1 antibody (immune checkpoint inhibitor) और liposomal doxorubicin (anti-cancer drug) की तुलना में स्पष्ट रूप से अधिक था
- सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण अंतर (p < 0.0001) की पुष्टि हुई
दोहरे-क्रियावाला anti-cancer mechanism
- E. americana ने प्रत्यक्ष cytotoxic action और immune activation दोनों को एक साथ अंजाम दिया
- प्रत्यक्ष cytotoxicity: यह एक facultative anaerobic bacterium है, जो hypoxic tumor environment में चुनिंदा रूप से जमा होकर कैंसर कोशिकाओं को सीधे नष्ट करता है
- administration के 24 घंटे बाद ट्यूमर के भीतर बैक्टीरिया की संख्या लगभग 3,000 गुना बढ़ गई
- immune activation: बैक्टीरिया की उपस्थिति ने T cells, B cells और neutrophils को tumor site तक आकर्षित किया
- TNF-α और IFN-γ जैसे inflammatory cytokines स्रावित हुए, जिन्होंने immune response को बढ़ाया और कैंसर कोशिकाओं की मृत्यु को प्रेरित किया
- प्रत्यक्ष cytotoxicity: यह एक facultative anaerobic bacterium है, जो hypoxic tumor environment में चुनिंदा रूप से जमा होकर कैंसर कोशिकाओं को सीधे नष्ट करता है
ट्यूमर-विशिष्ट संचयन का तंत्र
- E. americana सामान्य अंगों में बिल्कुल जमा नहीं हुआ, बल्कि केवल tumor tissue में चुनिंदा रूप से इकट्ठा हुआ
- hypoxic environment: ट्यूमर में oxygen की कमी बैक्टीरिया की वृद्धि को बढ़ावा देती है
- immunosuppressive environment: कैंसर कोशिकाओं का CD47 protein स्थानीय immune suppression पैदा करता है, जिससे बैक्टीरिया के जीवित रहने की अनुमति मिलती है
- असामान्य vascular structure: leaky blood vessels बैक्टीरिया के tissue penetration को आसान बनाते हैं
- metabolic abnormalities: tumor-specific metabolites बैक्टीरिया की वृद्धि के लिए अनुकूल रूप से काम करते हैं
उत्कृष्ट सुरक्षा
- blood half-life लगभग 1.2 घंटे, और 24 घंटे के भीतर पूरी तरह समाप्त
- liver, spleen, lungs, kidneys और heart जैसे सामान्य अंगों में बैक्टीरिया का पता नहीं चला
- केवल हल्की inflammatory response अस्थायी रूप से दिखी और 72 घंटे के भीतर सामान्य हो गई
- 60 दिनों के दीर्घकालिक अवलोकन में भी कोई chronic toxicity नहीं मिली
आगे के शोध की दिशा
- इस अध्ययन ने प्राकृतिक बैक्टीरिया का उपयोग करने वाली नई anti-cancer therapy के लिए concept proof स्थापित किया
- आगे की योजनाएँ
- अन्य cancer types तक विस्तार: breast cancer, pancreatic cancer और melanoma आदि में प्रभाव की पुष्टि
- administration method optimization: divided dosing, intratumoral injection आदि जैसे सुरक्षित और कुशल delivery methods का विकास
- combination therapy research: मौजूदा immunotherapy और chemotherapy के साथ synergistic effects की खोज
- शोधकर्ताओं ने इस बात पर जोर दिया कि अभी तक कम-खोजी गई biodiversity नई medical technologies का स्रोत बन सकती है
शब्दों की व्याख्या
- facultative anaerobic bacterium: ऐसा बैक्टीरिया जो oxygen की मौजूदगी या अनुपस्थिति, दोनों में बढ़ सकता है, और ट्यूमर के hypoxic environment में चुनिंदा रूप से proliferate करता है
- complete response (CR): उपचार के बाद जांच में ट्यूमर का पूरी तरह गायब हो जाना
- immune checkpoint inhibitor: ऐसी दवा जो कैंसर कोशिकाओं के immune suppression signals को ब्लॉक करती है ताकि T cells कैंसर कोशिकाओं पर हमला कर सकें
- CD47: कोशिका सतह पर मौजूद “मुझे मत खाओ” संकेत देने वाला protein, जो कैंसर कोशिकाओं द्वारा immune attack से बचने के लिए अधिक मात्रा में व्यक्त किया जाता है
शोध समर्थन
- Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) Grants-in-Aid for Scientific Research (23H00551, 22K18440)
- JSPS J-PEAKS Program (JPJS00420230006)
- Japan Science and Technology Agency (JST) Startup Ecosystem Co-creation Program (JPMJSF2318)
- JST SPRING Program (JPMJSP2102)
1 टिप्पणियां
Hacker News टिप्पणियाँ
पिछले साल से अपने पिता के कैंसर इलाज में साथ रहते हुए मैं इस विषय में गहराई से दिलचस्पी लेने लगा हूँ
मैं इंजीनियर हूँ, biology major नहीं, लेकिन यह दिलचस्प लगता है कि gene replication प्रक्रिया में होने वाले mutation को ठीक करने वाले enzymes पहली रक्षा पंक्ति (L1 defense) की भूमिका निभाते हैं
ज़्यादातर research ट्यूमर हटाने पर केंद्रित है, लेकिन मैं सोचता हूँ कि क्या ऐसे studies नहीं हैं जो इन enzymes को ही मज़बूत करने या replication errors को बेहतर ढंग से ठीक करने की दिशा में हों
जीवन भर लगभग 10^16 बार होने वाले cell division में mutation केवल कुछ ही बार L1 को पार कर पाते हैं
ऐसे लगभग पूर्ण सिस्टम को और बेहतर बनाना मुश्किल है, और immune system को मज़बूत करना शायद ज़्यादा व्यावहारिक तरीका है
सभी जीव replication efficiency बढ़ाने की दिशा में evolve करते हैं, लेकिन एक स्तर के बाद genetic drift selection pressure से ज़्यादा मजबूत हो जाती है, इसलिए error rate बची रहती है
population size इस संतुलन को तय करती है, और population जितनी छोटी होती है, mutation rate उतनी अधिक होती है
इस घटना को समझाने वाला concept Drift Barrier Hypothesis है, और संबंधित paper यहाँ देखा जा सकता है
इसे अच्छी तरह समझाने वाली PhD Comics कॉमिक है
cell में accelerator pedal (oncogene) और brake (tumor suppressor) दोनों होते हैं
उदाहरण के लिए RAS cell division को बढ़ाता है, और TP53 stress को पहचानकर cell self-destruction शुरू करता है
कैंसर सिर्फ साधारण point mutation की बात नहीं है, बल्कि copy number abnormality, chromosomal rearrangement, metabolic change जैसी जटिल चीज़ों का मेल है
L1 defense को मज़बूत करने वाला approach तकनीकी रूप से बहुत कठिन है, और फिलहाल gene editing technology की सीमाएँ बड़ी हैं
इसके बजाय PARP, BRCA1/2 जैसे DNA repair genes को target करने वाली दवाएँ मौजूद हैं, और कुछ ने सफल इलाज के उदाहरण भी दिखाए हैं
संदर्भ के लिए कैंसर की विशेषताओं को समेटने वाली Hallmarks of Cancer series भी उपयोगी है
उदाहरण के लिए mutated p53 को ठीक करने वाले small molecules पर यह paper परिचय देता है
“100% response, 0% side effects” सुनकर सच में दुनिया बदल देने वाली खबर जैसा लगता है
मैं सोच रहा हूँ कि कहीं यह इतना अच्छा दिखने की कोई वजह तो नहीं
ऐसे शुरुआती नतीजे अक्सर clinical trial तक नहीं पहुँचते, लेकिन यह study PD-1/PD-L1 pathway का उपयोग करने वाला नया approach है, इसलिए काफ़ी दिलचस्प है
सावधानी के साथ आशावादी हुआ जा सकता है
paper को ध्यान से देखने पर n=3 दिखाने वाला graph असल में n=5 लिखा हुआ है
यह साधारण गलती हो सकती है, लेकिन data manipulation पर शक होता है
ऊपर से PD-L1 antibody इस्तेमाल करने की वजह भी साफ़ नहीं है। इस्तेमाल किया गया Colon-26 model PD-L1 inhibitor पर अच्छी प्रतिक्रिया नहीं देता, ऐसा जाना जाता है
anaerobic bacteria केवल oxygen की कमी वाले tumor के अंदर बढ़ते हैं, immune response trigger करते हैं, और healthy tissue में हट जाते हैं
जैसे mathematicians कहते हैं कि “जितने ज़्यादा खराब papers होंगे, उतनी ज़्यादा महान उपलब्धियाँ भी होंगी”, वैसे ही biology में pioneering प्रयास अक्सर थोड़े खुरदरे हो सकते हैं
sample छोटे हैं, लेकिन दोनों ही मामलों में 100% survival rate दिखा
मैं सोच रहा था कि क्या Japanese research papers का इस तरह संक्षिप्त और स्पष्ट होना आम बात है
क्या आप शायद news release की बात कर रहे थे?
यह अच्छा हुआ कि title में “in mice” जोड़ दिया गया
वरना बेवजह निराशा हो जाती
non-expert नज़रिए से भी, सिर्फ ट्यूमर में self-replicate करने वाला mechanism बनाना चौंकाने वाला है
इसलिए tumor में बढ़ता है और दूसरे tissues में मर जाता है। सच में बहुत चतुर idea है
उम्मीद है कि यह सच निकले
खबरों में सुनने वाले ‘क्रांतिकारी कैंसर इलाज’ में से वास्तव में इंसानों पर असर करते हुए मैंने बहुत कम देखा है
ज़्यादातर बातें आखिरकार chemotherapy और radiation पर लौट आती हैं
फिर भी leukemia का कुछ हद तक इलाज संभव हो जाना बड़ी प्रगति है
5-year survival rate सिर्फ 0.5% भी बढ़े तो वह बड़ी उपलब्धि है
लेकिन समस्या यह है कि media ऐसे incremental सुधारों के बजाय सिर्फ “revolutionary treatment” को ही दिखाता है
और commercialization तक पहुँचने में दशकों लग जाते हैं
फिर भी कुल मिलाकर survival rate लगातार बढ़ रही है
यह solar या battery technology की तरह धीमी लेकिन लगातार प्रगति है
लेकिन नए treatments वास्तव में मौजूद हैं और जान बचा रहे हैं
उदाहरण के लिए मेरे परिवार के एक सदस्य ने radioligand therapy से metastatic prostate cancer में लगभग पूर्ण रिकवरी पाई
BBC article में मगरमच्छ के खून से antibiotic compounds खोजने वाली research का ज़िक्र है
इस क्षेत्र में काम करने वाले व्यक्ति के रूप में कहूँ तो, यह mouse experiment stage का बढ़ा-चढ़ाकर किया गया दावा है
PD-L1 antibody सिर्फ PD-L1 positive cancers में असर करती है, और Doxy पुरानी anticancer drug है
phase 2, 3 trial results (PFS, OS, ORR, CR आदि) देखे बिना इसका ज़्यादा मतलब नहीं है
CAR-T therapy इससे कहीं आगे है और अंततः वही मुख्यधारा बनेगी
clinical trial data बहुत सीमित है, इसलिए असली patient treatment अभी भी संभावना का खेल जैसा लगता है
HeLa cells जैसे experimental models भी वास्तविकता को पूरी तरह नहीं दिखाते
अगर bacteria को फिर से inject किया जाए, तो क्या immune system उसे तुरंत हटा नहीं देगा?
metastatic cancer के मामले में क्या हर जगह अलग से inject करना होगा?
अगर bacteria दूसरे organs को infect कर दे तो क्या होगा?
क्या antibiotic countermeasure मौजूद है?
tumor size के हिसाब से oxygen supply बदलती होगी, तो क्या बड़े tumors या micrometastasis में यह काम करेगा?
study में PD-L1 antibody या Doxy को “standard treatment” की तरह तुलना में रखना सिर्फ baseline set करने जैसा लगता है
हालांकि CAR-T therapy अभी भी solid tumors में संघर्ष कर रही है
इस research की दिलचस्प बात यह है कि यह पहले की तरह tumor environment से रुकती नहीं, बल्कि उसी environment का इस्तेमाल करती है