Použití magnetických bakterií k boji proti rakovinným nádorům

Použití magnetických bakterií k boji proti rakovinným nádorům

Vědci z ETH Zurich chtějí použít magnetické bakterie k boji proti rakovinným nádorům. Nyní našli způsob, jak tyto mikroorganismy mohou účinně procházet stěnami cév a následně kolonizovat nádor.

Vědci z celého světa zkoumají, jak mohou léky proti rakovině nejúčinněji zasáhnout nádory, na které se zaměřují. Jednou z možností je použít modifikované bakterie jako „trajekty“ k transportu léků do nádorů krevním řečištěm. Vědcům z ETH Zurich se nyní podařilo ovládnout určité bakterie tak, aby mohly účinně překonat stěnu cév a proniknout do nádorové tkáně.

Vedení Simone Schürle, profesorkou responzivních biomedicínských systémů, se vědci ETH rozhodli pracovat s bakteriemi, které jsou přirozeně magnetické díky částicím oxidu železa, které obsahují. Tyto bakterie rodu Magnetospirillum reagují na magnetická pole a lze je ovládat magnety z vnějšku těla; více o tom v dřívějším článku v ETH News [ https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html ].

Využijte dočasné mezery

V buněčných kulturách a na myších se nyní Schürle a jejímu týmu podařilo prokázat, že rotující magnetické pole aplikované na nádor zlepšuje schopnost bakterií procházet stěnou cév v blízkosti rakovinného nádoru. Rotující magnetické pole žene bakterie dopředu v kruhu na stěně cévy.

Abychom lépe porozuměli mechanismu procházení cévní stěny, je nutné se blíže podívat: ​​Cévní stěna se skládá z vrstvy buněk a slouží jako bariéra mezi krevním řečištěm a nádorovou tkání, kterou prostupuje mnoho malých krevních cév. Úzké prostory mezi těmito buňkami umožňují určitým molekulám procházet stěnou cévy. Velikost těchto mezibuněčných prostorů je regulována buňkami cévní stěny a dočasně mohou být tak velké, že cévní stěnou projdou i bakterie.

Silný pohon a vysoká pravděpodobnost

S pomocí experimentů a počítačových simulací byli vědci ETH schopni prokázat, že pohánění bakterií pomocí rotujícího magnetického pole je účinné ze tří důvodů. Za prvé, pohon prostřednictvím rotujícího magnetického pole je desetkrát silnější než pohon prostřednictvím statického magnetického pole. Ten druhý jednoduše udává směr a bakterie se musí pohybovat vlastní silou.

Druhým a nejdůležitějším důvodem je, že bakterie poháněné rotujícím magnetickým polem se neustále pohybují a migrují podél stěny cévy. V důsledku toho se s větší pravděpodobností setkají s mezerami, které se krátce otevírají mezi buňkami cévní stěny, než u jiných typů pohonu, ve kterých se bakterie pohybují méně explorativním způsobem. A za třetí, na rozdíl od jiných metod není nutné bakterie sledovat pomocí zobrazování. Jakmile je magnetické pole umístěno nad nádorem, již není třeba jej znovu upravovat.

„Náklad“ se hromadí v nádorové tkáni

Využíváme také přirozeného a autonomního pohybu bakterií. Jakmile bakterie projdou cévní stěnou a jsou v nádoru, mohou samostatně migrovat hluboko do jeho nitra.“

Simone Schürle, profesorka responzivních biomedicínských systémů, ETH Zurich

Z tohoto důvodu vědci používají pohon z vnějšího magnetického pole pouze jednu hodinu - dostatečně dlouho na to, aby bakterie účinně prošly stěnou cévy a dosáhly nádoru.

Takové bakterie by mohly v budoucnu přenášet léky proti rakovině. Ve svých studiích na buněčných kulturách výzkumníci ETH simulovali tuto aplikaci připojením lipozomů (nanokuliček vyrobených z látek podobných tuku) k bakteriím. Tyto lipozomy označili fluorescenčním barvivem, které jim umožnilo prokázat na Petriho misce, že bakterie skutečně dopravily svůj „náklad“ do rakovinné tkáně, kde se nahromadily. V budoucí lékařské aplikaci by liposomy byly naplněny léčivem.

Bakteriální léčba rakoviny

Použití bakterií jako trajektů pro léky je jedním ze dvou způsobů, jak mohou bakterie pomoci v boji proti rakovině. Druhý přístup je starý více než sto let a v současnosti zažívá oživení: využívá přirozené tendence určitých typů bakterií poškozovat nádorové buňky. To může zahrnovat několik mechanismů. Je známo, že bakterie stimulují určité buňky imunitního systému, které pak eliminují nádor.

Několik výzkumných projektů v současné době zkoumá účinnost bakterií E. coli proti nádorům. Dnes je možné modifikovat bakterie pomocí syntetické biologie, aby se optimalizovaly jejich terapeutické účinky, omezily se vedlejší účinky a byly bezpečnější.

Přeměna nemagnetických bakterií na magnetické

Aby však bylo možné využít přirozené vlastnosti bakterií v terapii rakoviny, zůstává otázkou, jak se tyto bakterie mohou účinně dostat k nádoru. Zatímco je možné vstříknout bakterie přímo do nádorů blízko povrchu těla, u nádorů hluboko v těle to možné není. Zde vstupuje do hry ovladač mikrorobotů profesora Schürleho. "Věříme, že s naším technickým přístupem můžeme zvýšit účinnost léčby bakteriální rakoviny," říká.

E. coli, která byla použita ve studiích rakoviny, není magnetická, a proto nemůže být napájena a řízena magnetickým polem. Obecně je magnetická odezva u bakterií velmi vzácný jev. Magnetospirillum je jedním z mála bakteriálních rodů, které mají tuto vlastnost.

Schürle chce proto také udělat z bakterií E. coli magnetické. To by jednou mohlo umožnit ovládat klinicky používané terapeutické bakterie, které nemají přirozený magnetismus, pomocí magnetického pole.

Zdroj:

ETH Curych

Odkaz:

Gwisai, T., a kol. (2022) Živé mikroroboty řízené magnetickým momentem pro zvýšenou infiltraci nádoru. Vědecká robotika. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

.