Kjemisk ingeniør Stephanie Culler var bare 13 år gammel da begge bestemødrene hennes døde av kreft i løpet av seks måneder etter hverandre. Å konfrontere den grusomme tilfeldigheten av sykdommen er vanskelig for enhver ung tenåring, men Culler ble ytterligere forvirret av en American Cancer Society-plakat på foreldrenes kjøleskap.
"Disse gode matvalgene kan hjelpe deg med å beskytte deg mot kreftformer, " les plakatteksten som følger med 30 vakkert fotograferte frukt og grønnsaker.
Men mødrene til Culler, en som hadde lungekreft og den andre tykktarmskreft, spiste allerede de fleste av disse matvarene. Faktisk holdt mormoren hennes, en immigrant fra Iran, fast ved det tradisjonelle persiske kjøkkenet med hakkede salater, grillede grønnsaker og granateple som ville konkurrere med ethvert amerikansk kosthold i ren antioksidantherlighet. Kostholdet hennes inkluderte også tarmvennlig fermentert mat som hjemmelaget yoghurt og syltede grønnsaker. Så langt Culler kunne fortelle den gangen, burde bestemødrene hennes blitt skånet.
Plakaten på Cullers familiekjøleskap, og koblingen det antydet mellom kosthold og kreft, ville til slutt føre henne til et laboratorium ved Johnson & Johnsons oppstartsdivisjon JLABS hvor hun genetisk sekvenserer fekale prøver. Culler og andre onkologiforskere håper å svare på et av de mest presserende spørsmålene i dagens kreftforskning: Bestemmer kvaliteten og mangfoldet av tarmbakterier om mennesker lykkes med å svare på kreftbehandling?
"Da vi så på avføring fra bryst- og lungekreftpasienter, oppdaget vi at det manglet viktige bakterier fra mikrobiomet, " sier Culler. Fraværet av visse tarmmikrober, for det meste Firmicutes-bakterier, kan forklare hvorfor immunkontrollhemmere - medisiner som blokkerer kreftvennlige proteiner og hjelper til med å lette immunsystemets respons på kreftceller - ikke fungerer på noen pasienter. "Vi tror at disse bakteriene er viktige for at immunforsvaret skal kunne svare på disse stoffene, " sier Culler.
Sammen med den kjemiske ingeniøren Steve Van Dien, startet Culler Persephone Biome sommeren 2017 for å studere forholdet mellom tarmbakterier og kreft. Oppkalt etter Pershone, den greske vegetasjonen gudinnen som vises på våren og stiger ned i underverdenen etter høsting, er Cullerers selskap klar for kliniske studier som vil teste spesifikke tarmmikrober for å se om de forbedrer funksjonen til kontrollpunkthemmere i bryst og pasienter som ikke er småcellet lungekreft. (Et annet produkt vil fokusere på CAR-T-celleterapi, som bruker pasientenes egne immunceller som er blitt genetisk utviklet for å behandle kreft.)
"Målet vårt er å lage terapeutika for å konvertere ikke-responderte til respondere, " sier Culler, og viser til pasienter som gjør eller ikke svarer på kontrollpunkthemmere. Selskapet hennes håper å konstruere en blanding av utvalgte tarmbakterier som kan tas i pilleform for å helbrede pasienters mikrobiomer, som kan bli skadet av antibiotika og dårlig kosthold, som hun diskuterte nylig i en foredrag på TEDx San Diego.
"Selv sunne mennesker mangler kanskje tarmmikrobene, men kreftpasienter og personer med kompromittert immunforsvar mangler sannsynligvis dem, " sier Culler. "Vi vil gi dem tilbake."
Selv om minst 70 prosent av immuncellene antas å oppholde seg i tarmen - ofte kalt "den andre hjernen" - ble vitenskapsmenn ikke særlig interessert i det menneskelige mikrobiomet før i 2005. Et banebrytende papir som ble publisert det året antydet at overvektige mus hadde forskjellige tarmbakterier enn tynne mus. Siden den gang har forskere utforsket ideen om å bytte ut tarmbakterier fra mennesker og har til og med brukt fekale mikrobiota-transplantasjoner (ofte kalt "bæsjpiller", selv om de vanligvis administreres som en væske) for å kunne behandle mennesker som lider av inflammatorisk tarmsykdom. . (Imidlertid har de ennå ikke utviklet et vekttapstilskudd ved å overføre bakterier fra misunnelig trimme mennesker til tarmen i fettmassene.)
I løpet av det siste tiåret har det vært en mengde forskning som har undersøkt mikrobiomens rolle i alt fra depresjon til autisme til Parkinsons sykdom. Å studere mikrobiomet kan bidra til å bestemme hvilke pasienter som sannsynligvis vil svare på forskjellige smerter og hjertemedisiner, ifølge Rob Knight, grunnlegger av Center for Microbiome Innovation ved University of California San Diego. "Vi er ekstremt interessert i samspillet mellom mat, medikamenter og tarmen mikrobiom, " sier Knight, som også har stiftet det amerikanske Gut-prosjektet, et samfunnsborgerarbeid som har samlet fekale prøver fra mer enn 11.300 deltakere i 42 land.
Mens forbindelsen mellom tarmbakterier og helse blir tydeligere, har forskere slitt med å manipulere mikrobiomet som en behandlingsform. "Vi vet mer enn noen gang om hvordan mikrobiomet påvirker kronisk sykdom, " sier Knight, "men det vi ikke vet ennå, er hvordan du kan endre mikrobiomet ditt i en bestemt retning." (Forskere er imidlertid enige om at probiotika ikke er det ' Gudsforsendelsen tror noen er.)
I fjor rystet tre forskningsartikler publisert i Science kreftfeltet ved å vise at det kan være mulig å manipulere mikrobiomet for å påvirke behandlingsresponsene. I en serie med "menneske-møter-mus" -mellomforsøk, transplanterte et fransk team humane tarmbakterier til mus fra både vellykket behandlede kreftpasienter og pasienter som ikke responderte på kontrollpunkthemmere. To uker etter at de nye bakteriene hadde blitt introdusert i gnagernes tarmer, injiserte forskerne kreftceller og kontrollpunkthemmere hver tredje dag i ytterligere to uker. Medisinene arbeidet for å redusere svulster hos mus som hadde mottatt humane bakterier fra vellykket behandlede kreftpasienter, mens medisinene ikke var effektive hos musene som mottok bakterier fra mennesker som ikke responderte på behandlingen.
Team fra University of Chicago og University of Texas MD Anderson Cancer Center i Houston har gjennomført lignende eksperimenter ved bruk av tarmmikrober fra metastatisk melanompasienter som responderte godt på kontrollpunkthemmere. Musene forbedret seg også. “Vi la i utgangspunktet et lite rør i musens spiserør og satte inn bæsjeprøven. Den rekonstituerte musens tarm slik at den nå inneholdt mikrober fra pasienten, sier Deepak Gopalakrishnan, en postdoktor og stipendiat for MD Anderson-studien.
Neste trinn er kliniske studier med mennesker. MD Anderson-teamet studerer muligheten for å gi pasienter de manglende tarmbakteriene i form av sporer (som ikke trenger å fryses som fekalt materiale) fra givere med gunstige mikrobiomer. En annen arm av forsøket vil teste bæsjepiller laget av bakterier fra kreftoverlevende hvis svulster forsvant etter å ha tatt kontrollpunkthemmere. Og forskere sporer også pasienters livsstil, inkludert råvarer og fiberinntak, for å koble prikkene mellom kreftsykefrekvensen, tarmen mangfold og kosthold.
"Vi vet at kosthold betyr noe, men alle ønsker å vite hva den hemmelige sausen er å endre mikrobiomet for å svare bedre på kreftbehandlingen, " sier Jennifer Wargo, professor i kirurgi og genomisk medisin ved University of Texas som var medforfatter av gjennomgang av mikrobiomvitenskap forrige måned. "Vi vet rett og slett ikke det ennå."
Heller ikke Culler, som fortsatt lurer på hvorfor bestemødrene hennes ikke reagerte på cellegiftbehandlingene som var tilgjengelige på midten av 1990-tallet. Likevel håper hun at de samme genetiske sekvenseringsverktøyene som gjør det mulig å kikke seg inn i bæsj vår og studere bakteriestammer, også vil være en måte å bedre diagnostisere svulster på og velge riktige behandlinger.
I mellomtiden slutter Culler seg til et kor forskere prøver å få oppmerksomhet til den største barrieren for forskningen deres: mangel på avføringsprøver. Forskere trenger donasjoner fra kreftpasienter, kreftoverlevende, personer med familiehistorie med kreft og alle andre. "Jeg er alltid overrasket over hvorfor det er så vanskelig å få prøver, " sier Culler. “Folk synes det er grovt og er flau. Men jeg er takknemlig for den kulturelle aksepten av poop-emojiene for å destigmatisere den. ”
Culler lanserte til og med “Poop for the Cure”, et forskningsprosjekt som tilbyr $ 50 Visa-kort for prøver. «Forhåpentligvis kommer det en dag hvor innsamling av avføring vil være like rutinemessig som å samle blod. Inntil da trenger vi alle å hjelpe. ”
