工程菌可以智能感知和响应从感染到癌症的疾病状态，这已成为合成生物学的一个有前途的焦点。基因工程工具的快速发展使研究人员能够“编程”细胞来执行各种复杂的任务。例如，基因网络可以连接在一起形成一个基因回路，在这个回路中，细胞可以被设计成感知环境并调节其行为或产生反应的分子。
最近的研究发现，许多细菌选择性地在体内定居肿瘤，这促使科学家将它们设计成可编程的载体，换句话说，就是提供抗癌治疗的生物“机器人”。研究人员还在开发新的“智能”药物，通过编程细菌来解决其他疾病，如胃肠道疾病和感染。推广这种“活药”的关键是确定治疗的最佳候选药物。
然而，尽管目前的合成生物学工具可以产生大量的程序性细胞，但研究人员依赖于基于动物的测试来大大限制可以测试的治疗方法的数量和速度。事实上，快速为人类设计新疗法的能力远远超过了动物试验的吞吐量，从而成为临床翻译的主要瓶颈。
哥伦比亚工程公司的研究人员今天在PNAS报告说，他们已经开发出一种系统，使他们能够在培养皿的微组织中研究几十到几百个程序性细菌，从而将研究时间从几个月缩短到几天。作为概念的证明，他们专注于通过使用被称为肿瘤球体的微肿瘤来测试程序性抗肿瘤细菌。他们称之为“细菌球状体共培养”的BSCC技术的速度和高通量使肿瘤球状体中的细菌能够稳定生长，从而实现长期研究。该方法也可用于其他细菌种类和细胞类型。由生物医学工程助理教授塔尔达尼诺领导的团队表示，据他们所知，
视频：https://https://youtu . be/fBMiMXqcvaU
“我们对BSCC的效率非常满意，并认为它将真正加速工程菌疗法的临床应用，”Danino说。“通过结合自动化和机器人技术，BSCC可以测试大量的治疗方法，找到有效的治疗方法。因为BSCC被广泛使用，我们可以修改系统来测试人体样本和其他疾病。例如，它将通过在菜肴中创建患者的癌症来帮助我们个性化医疗，并快速确定针对特定个人的最佳治疗计划。"
研究人员知道，虽然许多细菌可以在肿瘤中生长，但由于那里的免疫系统降低，细菌会在免疫系统活跃的肿瘤外被杀死。受这一机制的启发，他们寻找一种能够在体外模仿细菌“杀灭”效果的抗菌剂。
他们达成协议，使用抗生素庆大霉素在体内培养类似肿瘤的细菌。利用BSCC，他们很快测试了各种程序性抗癌细菌疗法，包括各种类型的细菌、遗传线路和治疗有效载荷。
这篇论文的主要作者Tetsuhiro Harimoto说：“我们使用3D多细胞球体，因为它们总结了在人体中发现的条件，例如氧气和营养梯度——这些在传统的2D单层细胞培养中是无法产生的。达尼诺实验室博士生。“此外，3D球体为细菌在其核心生存提供了足够的空间，就像细菌在体内定植肿瘤一样，这是我们在2D单层培养中做不到的。此外，制作大量3D球体并使其适应高通量筛选也很容易。”
该团队使用BSCC的高通量系统来快速表征编程细菌池，然后快速缩小治疗用途的最佳候选。他们利用新型细菌毒素毒素，结合减毒细菌鼠伤寒沙门氏菌的最佳药物传递基因回路，找到了一种治疗结肠癌的有效方法。他们还发现了一种新的细菌疗法组合，可以进一步提高抗癌疗效。
研究人员将他们的BSCC结果与动物模型中的结果进行了比较，并在这些模型中发现了类似的细菌行为。他们还发现，他们的最佳候选药物theta毒素比过去创造的疗法更有效，这证明了BSCC高通量筛查的力量。
虽然达尼诺的研究团队在这项研究中专注于癌症治疗，但他们希望将BSCC扩展到代表各种疾病的细菌治疗，包括胃肠道疾病和感染。他们的最终目标是在世界各地的诊所使用这些新的细菌疗法。
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