Korištenje magnetskih bakterija u borbi protiv kancerogenih tumora

Korištenje magnetskih bakterija u borbi protiv kancerogenih tumora

Istraživači s ETH Zurich žele upotrijebiti magnetske bakterije za borbu protiv kancerogenih tumora. Sada su pronašli način na koji ti mikroorganizmi mogu učinkovito prijeći stijenke krvnih žila i zatim kolonizirati tumor.

Znanstvenici diljem svijeta istražuju kako lijekovi protiv raka mogu najučinkovitije doći do tumora na koje ciljaju. Jedna je mogućnost koristiti modificirane bakterije kao "trajekte" za prijenos lijekova do tumora putem krvotoka. Istraživači s ETH Zurich sada su uspjeli kontrolirati određene bakterije tako da mogu učinkovito nadvladati stijenku krvnih žila i prodrijeti u tumorsko tkivo.

Predvođeni Simone Schürle, profesoricom responzivnih biomedicinskih sustava, istraživači ETH-a odlučili su raditi s bakterijama koje su prirodno magnetske zbog čestica željeznog oksida koje sadrže. Ove bakterije iz roda Magnetospirillum reagiraju na magnetska polja i mogu se kontrolirati magnetima izvan tijela; više o tome u ranijem članku u ETH Vijestima [ https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html ].

Iskoristite privremene praznine

U staničnim kulturama i na miševima, Schürle i njezin tim sada su uspjeli pokazati da rotirajuće magnetsko polje primijenjeno na tumor poboljšava sposobnost bakterija da prijeđu stijenku krvnog suda u blizini kancerogenog tumora. Rotirajuće magnetsko polje tjera bakterije naprijed u krug na stijenci posude.

Kako bi se bolje razumio mehanizam prelaska stijenke krvnog suda, potrebno je bolje pogledati: Stijenka krvne žile sastoji se od sloja stanica i služi kao barijera između krvotoka i tumorskog tkiva, koje je prožeto mnogim malim krvnim žilama. Uski prostori između tih stanica omogućuju određenim molekulama da prođu kroz stijenku žile. Veličinu tih međustaničnih prostora reguliraju stanice stijenke žile i oni mogu privremeno biti toliko veliki da čak i bakterije mogu proći kroz stijenku žile.

Jaka propulzija i velika vjerojatnost

Uz pomoć eksperimenata i računalnih simulacija, istraživači ETH-a uspjeli su pokazati da je tjeranje bakterija pomoću rotirajućeg magnetskog polja učinkovito iz tri razloga. Prvo, pogon rotirajućim magnetskim poljem je deset puta jači od pogona statičkim magnetskim poljem. Potonji jednostavno određuje smjer i bakterije se moraju kretati vlastitom snagom.

Drugi i najvažniji razlog je taj što se bakterije, pokretane rotirajućim magnetskim poljem, neprestano kreću i migriraju duž stijenke žile. Kao rezultat toga, vjerojatnije je da će se susresti s prazninama koje se nakratko otvore između stanica stijenke krvnog suda nego kod drugih vrsta pogona u kojima se bakterije kreću manje istraživački. I treće, za razliku od drugih metoda, bakterije ne moraju biti praćene pomoću snimanja. Nakon što se magnetsko polje postavi iznad tumora, više ga nije potrebno ponovno podešavati.

"Teret" se nakuplja u tumorskom tkivu

Također iskorištavamo prirodno i autonomno kretanje bakterija. Čim bakterije prođu kroz stijenku krvne žile i nađu se u tumoru, mogu samostalno migrirati duboko u njegovu unutrašnjost.”

Simone Schürle, profesorica responzivnih biomedicinskih sustava, ETH Zurich

Iz tog razloga znanstvenici koriste pogon vanjskog magnetskog polja samo jedan sat – dovoljno dugo da bakterije učinkovito prođu kroz stijenku krvnog suda i dođu do tumora.

Takve bi bakterije u budućnosti mogle prenositi lijekove protiv raka. U svojim studijama staničnih kultura, istraživači ETH-a simulirali su ovu primjenu pričvršćivanjem liposoma (nanosfera napravljenih od tvari sličnih mastima) na bakterije. Označili su te liposome fluorescentnom bojom koja im je omogućila da pokažu u Petrijevoj zdjelici da su bakterije zapravo isporučile svoj "teret" u tkivo raka, gdje su se nakupile. U budućoj medicinskoj primjeni, liposomi bi bili napunjeni lijekom.

Terapija bakterijskog raka

Korištenje bakterija kao trajekata za lijekove jedan je od dva načina na koji bakterije mogu pomoći u borbi protiv raka. Drugi pristup star je više od stotinu godina i trenutno doživljava preporod: iskorištavanje prirodne sklonosti određenih vrsta bakterija da oštete tumorske stanice. To može uključivati ​​nekoliko mehanizama. Ono što je poznato jest da bakterije stimuliraju određene stanice imunološkog sustava koje potom eliminiraju tumor.

Nekoliko istraživačkih projekata trenutačno istražuje učinkovitost bakterije E. coli protiv tumora. Danas je moguće modificirati bakterije korištenjem sintetske biologije kako bi se optimizirali njihovi terapeutski učinci, smanjile nuspojave i učinile ih sigurnijima.

Činjenje nemagnetskih bakterija magnetskima

Ali kako bi se iskoristila inherentna svojstva bakterija u terapiji raka, ostaje pitanje kako te bakterije mogu učinkovito doći do tumora. Iako je moguće ubrizgati bakterije izravno u tumore blizu površine tijela, to nije moguće s tumorima duboko u tijelu. Ovdje na scenu stupa kontroler mikrorobota profesora Schürlea. “Vjerujemo da s našim tehničkim pristupom možemo povećati učinkovitost bakterijske terapije raka”, kaže ona.

E. coli, koja je korištena u studijama raka, nije magnetska i stoga se ne može napajati i kontrolirati magnetskim poljem. Općenito, magnetska osjetljivost vrlo je rijedak fenomen kod bakterija. Magnetospirillum je jedan od rijetkih bakterijskih rodova koji posjeduju ovo svojstvo.

Schürle stoga također želi učiniti bakteriju E. coli magnetičnom. To bi jednog dana moglo omogućiti kontrolu klinički korištenih terapeutskih bakterija koje nemaju prirodni magnetizam pomoću magnetskog polja.

Izvor:

ETH Zürich

Referenca:

Gwisai, T. i sur. (2022) Živi mikroroboti pokretani magnetskim momentom za povećanu infiltraciju tumora. Znanstvena robotika. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

.