استخدام البكتيريا المغناطيسية لمكافحة الأورام السرطانية

استخدام البكتيريا المغناطيسية لمكافحة الأورام السرطانية

يريد الباحثون في ETH Zurich استخدام البكتيريا المغناطيسية لمكافحة الأورام السرطانية. لقد وجدوا الآن طريقة يمكن لهذه الكائنات الحية الدقيقة من خلالها عبور جدران الأوعية الدموية بشكل فعال ومن ثم استعمار الورم.

يبحث العلماء في جميع أنحاء العالم عن كيفية وصول أدوية السرطان إلى الأورام التي تستهدفها بكفاءة أكبر. أحد الاحتمالات هو استخدام البكتيريا المعدلة "كعبارات" لنقل الأدوية إلى الأورام عبر مجرى الدم. نجح الباحثون في ETH Zurich الآن في السيطرة على بعض البكتيريا حتى يتمكنوا من التغلب بشكل فعال على جدار الأوعية الدموية واختراق أنسجة الورم.

بقيادة سيمون شورله، أستاذ الأنظمة الطبية الحيوية المستجيبة، قرر باحثو ETH العمل مع البكتيريا المغناطيسية بشكل طبيعي بسبب جزيئات أكسيد الحديد التي تحتوي عليها. تستجيب هذه البكتيريا من جنس Magnetospirillum للمجالات المغناطيسية ويمكن التحكم فيها عن طريق مغناطيس من خارج الجسم؛ المزيد عن هذا في مقال سابق في ETH News [ https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html ].

استغلال الثغرات المؤقتة

في مزارع الخلايا وعلى الفئران، تمكنت شورله وفريقها الآن من إظهار أن المجال المغناطيسي الدوار المطبق على الورم يحسن قدرة البكتيريا على عبور جدار الوعاء الدموي بالقرب من الورم السرطاني. يدفع المجال المغناطيسي الدوار البكتيريا للأمام في شكل دائرة على جدار الوعاء الدموي.

ومن أجل فهم أفضل لآلية عبور جدار الوعاء الدموي، من الضروري إلقاء نظرة فاحصة: يتكون جدار الوعاء الدموي من طبقة من الخلايا ويعمل كحاجز بين مجرى الدم وأنسجة الورم، والتي تتخللها العديد من الأوعية الدموية الصغيرة. تسمح المساحات الضيقة بين هذه الخلايا لجزيئات معينة بالمرور عبر جدار الوعاء الدموي. يتم تنظيم حجم هذه المساحات بين الخلايا بواسطة خلايا جدار الوعاء الدموي ويمكن أن تكون كبيرة مؤقتًا بحيث يمكن حتى للبكتيريا المرور عبر جدار الوعاء الدموي.

قوة دفع قوية واحتمالية عالية

بمساعدة التجارب والمحاكاة الحاسوبية، تمكن باحثو ETH من إثبات أن دفع البكتيريا باستخدام مجال مغناطيسي دوار فعال لثلاثة أسباب. أولاً، الدفع عبر مجال مغناطيسي دوار أقوى بعشر مرات من الدفع عبر مجال مغناطيسي ثابت. هذا الأخير يحدد الاتجاه ببساطة ويجب على البكتيريا أن تتحرك تحت سلطتها الخاصة.

السبب الثاني والأهم هو أن البكتيريا، التي يقودها المجال المغناطيسي الدوار، تتحرك وتهاجر باستمرار على طول جدار الوعاء الدموي. ونتيجة لذلك، فإنهم أكثر عرضة لمواجهة الفجوات التي تنفتح لفترة وجيزة بين خلايا جدار الأوعية الدموية مقارنة بأنواع الدفع الأخرى التي تتحرك فيها البكتيريا بشكل أقل استكشافًا. وثالثًا، على عكس الطرق الأخرى، لا تحتاج البكتيريا إلى تتبعها باستخدام التصوير. بمجرد وضع المجال المغناطيسي فوق الورم، لم يعد هناك حاجة إلى إعادة ضبطه.

"البضائع" تتراكم في أنسجة الورم

نحن أيضًا نستفيد من الحركة الطبيعية والمستقلة للبكتيريا. وبمجرد مرور البكتيريا عبر جدار الأوعية الدموية ووجودها في الورم، يمكنها أن تهاجر بشكل مستقل إلى داخل الورم.

سيمون شورله، أستاذ الأنظمة الطبية الحيوية المستجيبة، ETH زيوريخ

ولهذا السبب، استخدم العلماء المحرك من المجال المغناطيسي الخارجي لمدة ساعة واحدة فقط، وهي فترة كافية حتى تتمكن البكتيريا من المرور بكفاءة عبر جدار الوعاء الدموي والوصول إلى الورم.

يمكن لمثل هذه البكتيريا أن تنقل الأدوية المضادة للسرطان في المستقبل. وفي دراسات زراعة الخلايا، قام الباحثون في ETH بمحاكاة هذا التطبيق عن طريق ربط الجسيمات الشحمية (الكرات النانوية المصنوعة من مواد شبيهة بالدهون) بالبكتيريا. وقاموا بتسمية هذه الجسيمات الشحمية بصبغة الفلورسنت، مما سمح لهم بإثبات أن البكتيريا قد قامت بالفعل بتسليم "حمولتها" إلى الأنسجة السرطانية، حيث تراكمت في طبق بيتري. وفي التطبيقات الطبية المستقبلية، سيتم ملء الجسيمات الشحمية بدواء.

علاج السرطان البكتيري

يعد استخدام البكتيريا كعبارات لنقل الأدوية إحدى الطريقتين اللتين يمكن للبكتيريا أن تساعد في مكافحة السرطان. النهج الآخر عمره أكثر من مائة عام ويشهد حاليا انتعاشا: استغلال الميل الطبيعي لأنواع معينة من البكتيريا لتدمير الخلايا السرطانية. يمكن أن يشمل هذا عدة آليات. والمعروف أن البكتيريا تحفز خلايا معينة في الجهاز المناعي، والتي بدورها تقضي على الورم.

تبحث العديد من المشاريع البحثية حاليًا في فعالية بكتيريا E. coli ضد الأورام. من الممكن اليوم تعديل البكتيريا باستخدام البيولوجيا الاصطناعية لتحسين آثارها العلاجية وتقليل الآثار الجانبية وجعلها أكثر أمانًا.

جعل البكتيريا غير المغناطيسية مغناطيسية

ولكن من أجل الاستفادة من الخصائص المتأصلة للبكتيريا في علاج السرطان، يبقى السؤال حول كيفية وصول هذه البكتيريا إلى الورم بكفاءة. وفي حين أنه من الممكن حقن البكتيريا مباشرة في الأورام القريبة من سطح الجسم، فإن هذا غير ممكن مع الأورام العميقة في الجسم. وهنا يأتي دور وحدة التحكم في الروبوت الصغير الخاصة بالبروفيسور شورلي. وتقول: "نعتقد أنه من خلال نهجنا التقني يمكننا زيادة فعالية علاج السرطان البكتيري".

إن الإشريكية القولونية، التي تم استخدامها في دراسات السرطان، ليست مغناطيسية وبالتالي لا يمكن تشغيلها والتحكم فيها بواسطة مجال مغناطيسي. وبشكل عام، تعتبر الاستجابة المغناطيسية ظاهرة نادرة جدًا في البكتيريا. Magnetospirillum هو أحد الأجناس البكتيرية القليلة التي تمتلك هذه الخاصية.

ولذلك يريد شورله أيضًا جعل بكتيريا الإشريكية القولونية مغناطيسية. وهذا يمكن أن يجعل من الممكن يومًا ما التحكم في البكتيريا العلاجية المستخدمة سريريًا والتي لا تتمتع بمغناطيسية طبيعية باستخدام المجال المغناطيسي.

مصدر:

ETH زيورخ

مرجع:

جويساي، T.، وآخرون. (2022) الروبوتات الحية الدقيقة التي يحركها عزم الدوران المغناطيسي لزيادة تسلل الورم. الروبوتات العلمية. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

.