Magneettisten bakteerien käyttö syöpäkasvaimien torjuntaan

Magneettisten bakteerien käyttö syöpäkasvaimien torjuntaan

ETH Zürichin tutkijat haluavat käyttää magneettisia bakteereja torjuakseen syöpäkasvaimia. He ovat nyt löytäneet tavan, jolla nämä mikro-organismit voivat tehokkaasti ylittää verisuonten seinämät ja sitten kolonisoida kasvaimen.

Tiedemiehet ympäri maailmaa tutkivat, kuinka syöpälääkkeet voivat tehokkaimmin saavuttaa kohteena olevat kasvaimet. Yksi mahdollisuus on käyttää modifioituja bakteereja "lauttoina" kuljettamaan lääkkeet kasvaimiin verenkierron kautta. ETH Zürichin tutkijat ovat nyt onnistuneet hallitsemaan tiettyjä bakteereja, jotta ne voivat tehokkaasti voittaa verisuonen seinämän ja tunkeutua kasvainkudokseen.

Responsiivisten biolääketieteen järjestelmien professori Simone Schürlen johtamat ETH-tutkijat päättivät työskennellä bakteerien kanssa, jotka ovat luonnostaan ​​magneettisia niiden sisältämien rautaoksidihiukkasten vuoksi. Nämä Magnetospirillum-suvun bakteerit reagoivat magneettikenttiin, ja niitä voidaan ohjata kehon ulkopuolelta tulevilla magneeteilla; lisää tästä aikaisemmassa artikkelissa ETH Newsissa [ https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html ].

Hyödynnä väliaikaisia ​​aukkoja

Schürle ja hänen tiiminsä ovat nyt pystyneet osoittamaan soluviljelmissä ja hiirissä, että kasvaimeen kohdistettu pyörivä magneettikenttä parantaa bakteerien kykyä ylittää suonen seinämä lähellä syöpäkasvainta. Pyörivä magneettikenttä ajaa bakteerit eteenpäin ympyrässä suonen seinämässä.

Verisuonen seinämän ylittämismekanismin ymmärtämiseksi on tarpeen tarkastella lähemmin: Verisuonen seinämä koostuu solukerroksesta ja toimii esteenä verenkierron ja monien pienten verisuonten läpäisevän kasvainkudoksen välillä. Näiden solujen väliset kapeat tilat mahdollistavat tiettyjen molekyylien kulkemisen suonen seinämän läpi. Näiden solujen välisten tilojen kokoa säätelevät verisuonen seinämän solut ja ne voivat olla tilapäisesti niin suuria, että jopa bakteerit pääsevät kulkemaan suonen seinämän läpi.

Vahva propulsio ja suuri todennäköisyys

Kokeiden ja tietokonesimulaatioiden avulla ETH:n tutkijat pystyivät osoittamaan, että bakteerien ajaminen pyörivän magneettikentän avulla on tehokasta kolmesta syystä. Ensinnäkin pyörivän magneettikentän propulsio on kymmenen kertaa voimakkaampi kuin staattisen magneettikentän propulsio. Jälkimmäinen yksinkertaisesti asettaa suunnan ja bakteerien täytyy liikkua omalla voimallaan.

Toinen ja tärkein syy on se, että pyörivän magneettikentän ohjaamia bakteerit liikkuvat ja vaeltavat jatkuvasti suonen seinämää pitkin. Tämän seurauksena he kohtaavat todennäköisemmin aukot, jotka avautuvat hetkeksi verisuonen seinämän solujen väliin kuin muun tyyppisillä propulsioilla, joissa bakteerit liikkuvat vähemmän tutkivasti. Ja kolmanneksi, toisin kuin muut menetelmät, bakteereja ei tarvitse jäljittää kuvantamisen avulla. Kun magneettikenttä on sijoitettu kasvaimen päälle, sitä ei enää tarvitse säätää uudelleen.

"Lasti" kerääntyy kasvainkudokseen

Hyödynnämme myös bakteerien luonnollista ja itsenäistä liikettä. Heti kun bakteerit ovat kulkeneet verisuonen seinämän läpi ja ovat kasvaimessa, ne voivat siirtyä itsenäisesti syvälle sen sisäosaan.

Simone Schürle, responsiivisten biolääketieteen järjestelmien professori, ETH Zurich

Tästä syystä tutkijat käyttävät ulkoisen magneettikentän ohjausta vain tunnin ajan - tarpeeksi kauan, jotta bakteerit kulkevat tehokkaasti suonen seinämän läpi ja saavuttavat kasvaimen.

Tällaiset bakteerit voisivat kuljettaa syöpälääkkeitä tulevaisuudessa. Soluviljelytutkimuksissaan ETH-tutkijat simuloivat tätä sovellusta kiinnittämällä bakteereihin liposomeja (nanosfäärejä, jotka on valmistettu rasvamaisista aineista). He leimasivat nämä liposomit fluoresoivalla väriaineella, jonka avulla he pystyivät osoittamaan petrimaljalla, että bakteerit olivat todella toimittaneet "lastinsa" syöpäkudokseen, johon ne kerääntyivät. Tulevassa lääketieteellisessä sovelluksessa liposomit täytetään lääkkeellä.

Bakteerisyövän hoito

Bakteerien käyttäminen huumelautana on yksi kahdesta tavasta, joilla bakteerit voivat auttaa taistelussa syöpää vastaan. Toinen lähestymistapa on yli sata vuotta vanha ja kokee parhaillaan elpymistä: tietyntyyppisten bakteerien luonnollista taipumusta vaurioittaa kasvainsoluja käytetään hyväksi. Tämä voi sisältää useita mekanismeja. Tiedetään, että bakteerit stimuloivat tiettyjä immuunijärjestelmän soluja, jotka sitten poistavat kasvaimen.

Useat tutkimusprojektit tutkivat parhaillaan E. coli -bakteerin tehokkuutta kasvaimia vastaan. Nykyään on mahdollista muokata bakteereita käyttämällä synteettistä biologiaa niiden terapeuttisten vaikutusten optimoimiseksi, sivuvaikutusten vähentämiseksi ja niiden turvallisuuden lisäämiseksi.

Ei-magneettisten bakteerien tekeminen magneettisiksi

Mutta jotta bakteerien luontaisia ​​ominaisuuksia voitaisiin hyödyntää syövän hoidossa, on edelleen kysymys siitä, kuinka nämä bakteerit voivat saavuttaa tehokkaasti kasvaimen. Vaikka on mahdollista ruiskuttaa bakteerit suoraan kasvaimiin lähellä kehon pintaa, tämä ei ole mahdollista syvällä kehon kasvaimissa. Tässä tulee esiin professori Schürlen mikrorobottiohjain. "Uskomme, että teknisellä lähestymistavallamme voimme lisätä bakteerisyöpähoidon tehokkuutta", hän sanoo.

E. coli, jota käytettiin syöpätutkimuksissa, ei ole magneettinen, joten sitä ei voida käyttää ja ohjata magneettikentällä. Yleisesti ottaen magneettinen herkkyys on hyvin harvinainen ilmiö bakteereissa. Magnetospirillum on yksi harvoista bakteerisuvuista, joilla on tämä ominaisuus.

Siksi Schürle haluaa myös tehdä E. coli -bakteereista magneettisia. Tämä voisi jonain päivänä mahdollistaa kliinisesti käytettyjen terapeuttisten bakteerien hallinnan, joilla ei ole luonnollista magnetismia magneettikentän avulla.

Lähde:

ETH Zürich

Viite:

Gwisai, T., et ai. (2022) Magneettisella vääntömomentilla toimivat elävät mikrorobotit lisäävät kasvaimen infiltraatiota. Tieteellinen robotiikka. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

.