Engineering bioluminescent bacteria to boost photodynamic therapy and systemic anti-tumor immunity for synergistic cancer treatment

光动力疗法 生物发光成像 癌症研究 免疫系统 黑色素瘤 荧光素酶 光敏剂 生物发光 生物 微生物学 免疫 化学 免疫学 生物化学 光化学 转染 有机化学 基因
作者
Zhijuan Yang,Yujie Zhu,Ziliang Dong,Hao Yu,Chunjie Wang,Quguang Li,Yumin Wu,Liangzhu Feng,Zhuang Liu
出处
期刊:Biomaterials [Elsevier BV]
卷期号:281: 121332-121332 被引量:87
标识
DOI:10.1016/j.biomaterials.2021.121332
摘要

The limited penetration depth of external excitation light would remarkably impair the therapeutic efficacy of photodynamic therapy (PDT) and its clinical utilization. Herein, we engineered bioluminescent bacteria by transforming attenuated Salmonella typhimurium strain ΔppGpp (S.T.ΔppGpp) with firefly-luciferase-expressing plasmid (Luc-S.T.ΔppGpp) as an internal light source to evenly illuminate whole tumors. Upon being fixed inside tumors with in-situ formed hydrogel, the colonized Luc-S.T.ΔppGpp together with D-luciferin could continuously generate light to excite photosensitizer chlorin e6 (Ce6), leading to effective suppression of different types of tumors including opaque melanoma and large rabbit tumors. Such bioluminescence-triggered PDT presented significant advantages over conventional PDT excited with an external 660-nm light, which at a much high light energy could only slightly retard the growth of small subcutaneous tumors. Furthermore, we uncovered that Luc-S.T.ΔppGpp boosted PDT could also elicit potent antitumor immunity post the treatment to inhibit tumor metastasis and prevent tumor challenge. Therefore, this work highlights that such bioluminescent bacteria boosted PDT is a general and highly effective therapeutic approach toward diverse cancers with varying light-absorbing capacities and tumor sizes, promising for potential clinical translation because of their acceptable safety profiles.
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