Използване на магнитни бактерии за борба с раковите тумори

Използване на магнитни бактерии за борба с раковите тумори

Изследователи от ETH Zurich искат да използват магнитни бактерии за борба с раковите тумори. Сега те са открили начин, по който тези микроорганизми могат ефективно да преминават през стените на кръвоносните съдове и след това да колонизират тумор.

Учени от цял ​​свят изследват как лекарствата за рак могат най-ефективно да достигнат до туморите, към които са насочени. Една от възможностите е да се използват модифицирани бактерии като „фериботи“ за транспортиране на лекарствата до туморите чрез кръвния поток. Изследователи от ETH Цюрих сега успяха да контролират определени бактерии, така че да могат ефективно да преодолеят стената на кръвоносните съдове и да проникнат в туморната тъкан.

Водени от Симон Шюрле, професор по реагиращи биомедицински системи, изследователите на ETH решиха да работят с бактерии, които са естествено магнитни поради частиците железен оксид, които съдържат. Тези бактерии от рода Magnetospirillum реагират на магнитни полета и могат да бъдат контролирани от магнити извън тялото; повече за това в по-ранна статия в ETH News [ https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html ].

Използвайте временните пропуски

В клетъчни култури и върху мишки Шюрле и нейният екип вече са успели да покажат, че въртящо се магнитно поле, приложено към тумора, подобрява способността на бактериите да пресичат съдовата стена близо до раковия тумор. Въртящото се магнитно поле задвижва бактериите напред в кръг по стената на съда.

За да се разбере по-добре механизмът за преминаване на съдовата стена, е необходимо по-отблизо: стената на кръвоносния съд се състои от слой клетки и служи като бариера между кръвния поток и туморната тъкан, която е проникната от много малки кръвоносни съдове. Тесните пространства между тези клетки позволяват на определени молекули да преминат през съдовата стена. Размерът на тези междуклетъчни пространства се регулира от клетките на съдовата стена и те могат временно да бъдат толкова големи, че дори бактериите да могат да преминат през съдовата стена.

Силно задвижване и голяма вероятност

С помощта на експерименти и компютърни симулации изследователите от ETH успяха да покажат, че задвижването на бактерии с помощта на въртящо се магнитно поле е ефективно по три причини. Първо, задвижването чрез въртящо се магнитно поле е десет пъти по-силно от задвижването чрез статично магнитно поле. Последният просто задава посоката и бактериите трябва да се движат със собствена сила.

Втората и най-важна причина е, че бактериите, задвижвани от въртящото се магнитно поле, непрекъснато се движат и мигрират по съдовата стена. В резултат на това е по-вероятно те да се сблъскат с празнините, които се отварят за кратко между клетките на съдовата стена, отколкото при други видове задвижване, при които бактериите се движат по-малко проучвателно. И трето, за разлика от други методи, бактериите не трябва да се проследяват чрез изображения. След като магнитното поле е позиционирано върху тумора, вече не е необходимо да се регулира отново.

„Товарът“ се натрупва в туморната тъкан

Ние също се възползваме от естественото и автономно движение на бактериите. Веднага след като бактериите са преминали през стената на кръвоносния съд и са в тумора, те могат самостоятелно да мигрират дълбоко във вътрешността му.

Симоне Шюрле, професор по реагиращи биомедицински системи, ETH Zurich

Поради тази причина учените използват задвижването от външното магнитно поле само за един час – достатъчно дълго, за да могат бактериите ефективно да преминат през съдовата стена и да достигнат до тумора.

Такива бактерии могат да транспортират лекарства срещу рак в бъдеще. В своите изследвания на клетъчни култури изследователите от ETH симулираха това приложение, като прикрепиха липозоми (наносфери, направени от подобни на мазнини вещества) към бактериите. Те маркираха тези липозоми с флуоресцентно багрило, което им позволи да демонстрират в паничката на Петри, че бактериите действително са доставили своя „товар“ в раковата тъкан, където са се натрупали. В бъдещо медицинско приложение липозомите ще бъдат пълни с лекарство.

Терапия на бактериален рак

Използването на бактерии като фериботи за лекарства е един от двата начина, по които бактериите могат да помогнат в борбата срещу рака. Другият подход е на повече от сто години и в момента преживява възраждане: използване на естествената тенденция на някои видове бактерии да увреждат туморните клетки. Това може да включва няколко механизма. Известно е, че бактериите стимулират определени клетки на имунната система, които след това елиминират тумора.

Няколко изследователски проекта в момента изследват ефективността на бактериите E. coli срещу тумори. Днес е възможно да се модифицират бактериите с помощта на синтетична биология, за да се оптимизират техните терапевтични ефекти, да се намалят страничните ефекти и да се направят по-безопасни.

Правене на немагнитни бактерии магнитни

Но за да се използват присъщите свойства на бактериите в терапията на рака, остава въпросът как тези бактерии могат ефективно да достигнат до тумора. Въпреки че е възможно бактериите да се инжектират директно в тумори близо до повърхността на тялото, това не е възможно при тумори дълбоко в тялото. Тук влиза в действие контролерът на микророботите на професор Шюрле. „Ние вярваме, че с нашия технически подход можем да увеличим ефективността на терапията на бактериален рак“, казва тя.

E. coli, която е използвана в проучванията за рак, не е магнитна и следователно не може да бъде захранвана и контролирана от магнитно поле. Като цяло, магнитната чувствителност е много рядък феномен при бактериите. Magnetospirillum е един от малкото бактериални родове, които притежават това свойство.

Следователно Schürle също иска да направи бактериите E. coli магнитни. Това може един ден да направи възможно контролирането на клинично използвани терапевтични бактерии, които нямат естествен магнетизъм, с помощта на магнитно поле.

източник:

ETH Цюрих

Справка:

Gwisai, T., et al. (2022) Задвижвани от магнитен въртящ момент живи микророботи за повишена туморна инфилтрация. Научна роботика. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

.