Uso de bacterias magnéticas para combatir tumores cancerosos

Uso de bacterias magnéticas para combatir tumores cancerosos

Los investigadores de la ETH Zurich quieren utilizar bacterias magnéticas para combatir los tumores cancerosos. Ahora han encontrado una forma en la que estos microorganismos pueden atravesar eficazmente las paredes de los vasos sanguíneos y luego colonizar un tumor.

Científicos de todo el mundo están investigando cómo los medicamentos contra el cáncer pueden llegar de manera más eficiente a los tumores a los que se dirigen. Una posibilidad es utilizar bacterias modificadas como “transbordadores” para transportar los medicamentos a los tumores a través del torrente sanguíneo. Los investigadores de la ETH Zurich han logrado controlar determinadas bacterias para que puedan superar eficazmente la pared de los vasos sanguíneos y penetrar el tejido tumoral.

Dirigidos por Simone Schürle, profesora de Sistemas Biomédicos Responsive, los investigadores de ETH decidieron trabajar con bacterias que son naturalmente magnéticas debido a las partículas de óxido de hierro que contienen. Estas bacterias del género Magnetospirillum responden a campos magnéticos y pueden ser controladas por imanes desde el exterior del cuerpo; Más sobre esto en un artículo anterior en ETH News [ https://ethz.ch/es/noticias-y-eventos/eth-news/news/2020/12/bacterias-magnéticas-como-microbombas.html ].

Explotar brechas temporales

En cultivos celulares y en ratones, Schürle y su equipo han podido demostrar que un campo magnético giratorio aplicado al tumor mejora la capacidad de las bacterias para cruzar la pared del vaso cerca del tumor canceroso. El campo magnético giratorio impulsa a las bacterias hacia adelante en círculos sobre la pared del vaso.

Para comprender mejor el mecanismo por el que se atraviesa la pared vascular, es necesario examinarla más de cerca: la pared vascular está formada por una capa de células y sirve como barrera entre el torrente sanguíneo y el tejido tumoral, que está atravesado por muchos vasos sanguíneos pequeños. Los espacios estrechos entre estas células permiten que ciertas moléculas atraviesen la pared del vaso. El tamaño de estos espacios intercelulares está regulado por las células de la pared del vaso y temporalmente pueden ser tan grandes que incluso las bacterias pueden atravesar la pared del vaso.

Fuerte propulsión y alta probabilidad.

Con la ayuda de experimentos y simulaciones por computadora, los investigadores de ETH pudieron demostrar que impulsar bacterias utilizando un campo magnético giratorio es efectivo por tres razones. En primer lugar, la propulsión mediante un campo magnético giratorio es diez veces más potente que la propulsión mediante un campo magnético estático. Este último simplemente marca la dirección y las bacterias tienen que moverse por sus propios medios.

La segunda y más importante razón es que las bacterias, impulsadas por el campo magnético giratorio, se mueven y migran constantemente a lo largo de la pared del vaso. Como resultado, es más probable que encuentren los espacios que se abren brevemente entre las células de la pared de los vasos que con otros tipos de propulsión en los que las bacterias se mueven con menos exploración. Y en tercer lugar, a diferencia de otros métodos, no es necesario rastrear las bacterias mediante imágenes. Una vez que el campo magnético se coloca sobre el tumor, ya no es necesario reajustarlo.

La “carga” se acumula en el tejido tumoral

También aprovechamos el movimiento natural y autónomo de las bacterias. Una vez que las bacterias han atravesado la pared de los vasos sanguíneos y se encuentran en el tumor, pueden migrar de forma independiente a lo más profundo de su interior”.

Simone Schürle, profesora de sistemas biomédicos receptivos, ETH Zurich

Por este motivo, los científicos utilizan el impulso del campo magnético externo sólo durante una hora, tiempo suficiente para que las bacterias atraviesen eficazmente la pared del vaso y lleguen al tumor.

Estas bacterias podrían en el futuro transportar medicamentos contra el cáncer. En sus estudios de cultivo celular, los investigadores de ETH simularon esta aplicación uniendo liposomas (nanoesferas hechas de sustancias similares a las grasas) a las bacterias. Etiquetaron estos liposomas con un tinte fluorescente que les permitió demostrar en la placa de Petri que las bacterias en realidad habían entregado su "carga" al tejido canceroso, donde se acumularon. En una futura aplicación médica, los liposomas se llenarían con un fármaco.

Terapia del cáncer bacteriano

El uso de bacterias como transbordadores de medicamentos es una de las dos formas en que las bacterias pueden ayudar en la lucha contra el cáncer. El otro enfoque tiene más de cien años y actualmente está resurgiendo: explotar la tendencia natural de ciertos tipos de bacterias a dañar las células tumorales. Esto puede implicar varios mecanismos. Lo que se sabe es que las bacterias estimulan determinadas células del sistema inmunológico, que luego eliminan el tumor.

Actualmente, varios proyectos de investigación están investigando la eficacia de la bacteria E. coli contra los tumores. Hoy en día es posible modificar bacterias utilizando biología sintética para optimizar sus efectos terapéuticos, reducir los efectos secundarios y hacerlas más seguras.

Hacer que las bacterias no magnéticas sean magnéticas

Pero para utilizar las propiedades inherentes de las bacterias en la terapia contra el cáncer, queda la pregunta de cómo estas bacterias pueden llegar eficientemente al tumor. Si bien es posible inyectar la bacteria directamente en tumores cerca de la superficie del cuerpo, esto no es posible en tumores profundos del cuerpo. Aquí es donde entra en juego el controlador del microrobot del profesor Schürle. "Creemos que con nuestro enfoque técnico podemos aumentar la eficacia de la terapia bacteriana contra el cáncer", afirma.

E. coli, que se utilizó en los estudios sobre el cáncer, no es magnética y, por lo tanto, no puede ser alimentada ni controlada por un campo magnético. En general, la capacidad de respuesta magnética es un fenómeno muy raro en las bacterias. Magnetospirillum es uno de los pocos géneros bacterianos que posee esta propiedad.

Por eso Schürle también quiere hacer que la bacteria E. coli sea magnética. Esto podría algún día hacer posible controlar mediante un campo magnético las bacterias terapéuticas utilizadas clínicamente que no tienen magnetismo natural.

Fuente:

ETH Zúrich

Referencia:

Gwisai, T., et al. (2022) Microrobots vivos impulsados ​​por torsión magnética para una mayor infiltración de tumores. Robótica científica. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

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