Utilisation de bactéries magnétiques pour lutter contre les tumeurs cancéreuses

Utilisation de bactéries magnétiques pour lutter contre les tumeurs cancéreuses

Des chercheurs de l'ETH Zurich souhaitent utiliser des bactéries magnétiques pour lutter contre les tumeurs cancéreuses. Ils ont maintenant trouvé un moyen permettant à ces micro-organismes de traverser efficacement les parois des vaisseaux sanguins et de coloniser ensuite une tumeur.

Les scientifiques du monde entier étudient comment les médicaments anticancéreux peuvent atteindre le plus efficacement possible les tumeurs qu’ils ciblent. Une possibilité consiste à utiliser des bactéries modifiées comme « ferries » pour transporter les médicaments vers les tumeurs via la circulation sanguine. Des chercheurs de l'ETH Zurich sont désormais parvenus à contrôler certaines bactéries afin qu'elles puissent surmonter efficacement la paroi des vaisseaux sanguins et pénétrer dans les tissus tumoraux.

Sous la direction de Simone Schürle, professeur de systèmes biomédicaux réactifs, les chercheurs de l'ETH ont décidé de travailler avec des bactéries naturellement magnétiques en raison des particules d'oxyde de fer qu'elles contiennent. Ces bactéries du genre Magnetospirillum répondent aux champs magnétiques et peuvent être contrôlées par des aimants extérieurs au corps ; plus d'informations à ce sujet dans un article précédent dans ETH News [ https://ethz.ch/fr/actualités-et-events/eth-news/news/2020/12/magnétique-bactéries-comme-micropumps.html ].

Exploiter les lacunes temporaires

Dans des cultures cellulaires et sur des souris, Schürle et son équipe ont pu montrer qu'un champ magnétique rotatif appliqué à la tumeur améliore la capacité de la bactérie à traverser la paroi vasculaire proche de la tumeur cancéreuse. Le champ magnétique tournant fait avancer les bactéries en formant un cercle sur la paroi du vaisseau.

Afin de mieux comprendre le mécanisme de traversée de la paroi vasculaire, il est nécessaire d'y regarder de plus près : la paroi vasculaire est constituée d'une couche de cellules et sert de barrière entre la circulation sanguine et le tissu tumoral, qui est imprégné de nombreux petits vaisseaux sanguins. Des espaces étroits entre ces cellules permettent à certaines molécules de traverser la paroi vasculaire. La taille de ces espaces intercellulaires est régulée par les cellules de la paroi vasculaire et ils peuvent temporairement être si grands que même les bactéries peuvent traverser la paroi vasculaire.

Forte propulsion et forte probabilité

À l’aide d’expériences et de simulations informatiques, les chercheurs de l’ETH ont pu montrer que propulser des bactéries à l’aide d’un champ magnétique rotatif est efficace pour trois raisons. Premièrement, la propulsion via un champ magnétique tournant est dix fois plus puissante que la propulsion via un champ magnétique statique. Ce dernier donne simplement la direction et les bactéries doivent se déplacer par leurs propres moyens.

La deuxième et la plus importante raison est que les bactéries, entraînées par le champ magnétique rotatif, se déplacent et migrent constamment le long de la paroi vasculaire. En conséquence, ils sont plus susceptibles de rencontrer les espaces qui s’ouvrent brièvement entre les cellules des parois des vaisseaux qu’avec d’autres types de propulsion dans lesquels les bactéries se déplacent de manière moins exploratoire. Et troisièmement, contrairement à d’autres méthodes, il n’est pas nécessaire de suivre les bactéries par imagerie. Une fois le champ magnétique positionné sur la tumeur, il n’est plus nécessaire de le réajuster.

La « cargaison » s’accumule dans le tissu tumoral

Nous profitons également du mouvement naturel et autonome des bactéries. Dès que les bactéries ont traversé la paroi des vaisseaux sanguins et se trouvent dans la tumeur, elles peuvent migrer de manière indépendante et profondément à l’intérieur de celle-ci.

Simone Schürle, professeur de systèmes biomédicaux réactifs, ETH Zurich

Pour cette raison, les scientifiques n'utilisent l'action du champ magnétique externe que pendant une heure, suffisamment longtemps pour que les bactéries puissent traverser efficacement la paroi vasculaire et atteindre la tumeur.

De telles bactéries pourraient à l’avenir transporter des médicaments contre le cancer. Dans leurs études sur la culture cellulaire, les chercheurs de l'ETH ont simulé cette application en fixant des liposomes (nanosphères constituées de substances grasses) aux bactéries. Ils ont marqué ces liposomes avec un colorant fluorescent qui leur a permis de démontrer dans la boîte de Pétri que les bactéries avaient effectivement livré leur « cargaison » dans les tissus cancéreux, où elles s’étaient accumulées. Dans une future application médicale, les liposomes seraient remplis d’un médicament.

Thérapie du cancer bactérien

Utiliser des bactéries comme transporteurs de médicaments est l’une des deux manières par lesquelles les bactéries peuvent contribuer à la lutte contre le cancer. L’autre approche, vieille de plus de cent ans, connaît actuellement un renouveau : elle exploite la tendance naturelle de certains types de bactéries à endommager les cellules tumorales. Cela peut impliquer plusieurs mécanismes. Ce que l’on sait, c’est que les bactéries stimulent certaines cellules du système immunitaire, qui éliminent ensuite la tumeur.

Plusieurs projets de recherche étudient actuellement l’efficacité de la bactérie E. coli contre les tumeurs. Il est aujourd’hui possible de modifier les bactéries grâce à la biologie synthétique pour optimiser leurs effets thérapeutiques, réduire les effets secondaires et les rendre plus sûres.

Rendre magnétiques les bactéries non magnétiques

Mais afin d’utiliser les propriétés inhérentes des bactéries dans le traitement du cancer, la question reste de savoir comment ces bactéries peuvent atteindre efficacement la tumeur. S’il est possible d’injecter la bactérie directement dans les tumeurs proches de la surface du corps, cela n’est pas possible avec les tumeurs situées plus profondément dans le corps. C’est ici qu’intervient le contrôleur du microrobot du professeur Schürle. «Nous pensons qu'avec notre approche technique, nous pouvons augmenter l'efficacité du traitement du cancer bactérien», dit-elle.

E. coli, qui a été utilisé dans les études sur le cancer, n'est pas magnétique et ne peut donc pas être alimenté et contrôlé par un champ magnétique. En général, la réactivité magnétique est un phénomène très rare chez les bactéries. Magnetospirillum est l'un des rares genres bactériens à posséder cette propriété.

Schürle souhaite donc également rendre magnétiques les bactéries E. coli. Cela pourrait un jour permettre de contrôler à l’aide d’un champ magnétique des bactéries thérapeutiques utilisées en clinique et qui ne possèdent pas de magnétisme naturel.

Source:

ETH Zurich

Référence:

Gwisai, T., et al. (2022) Microrobots vivants entraînés par un couple magnétique pour une infiltration accrue des tumeurs. Robotique scientifique. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

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