Mágneses baktériumok alkalmazása a rákos daganatok leküzdésére

Mágneses baktériumok alkalmazása a rákos daganatok leküzdésére

Az ETH Zürich kutatói mágneses baktériumokat akarnak használni a rákos daganatok leküzdésére. Most megtalálták azt a módot, amellyel ezek a mikroorganizmusok hatékonyan átjuthatnak az érfalakon, majd megtelepedhetnek egy daganatban.

A tudósok szerte a világon azt kutatják, hogy a rákellenes gyógyszerek hogyan érhetik el a leghatékonyabban az általuk megcélzott daganatokat. Az egyik lehetőség az, hogy módosított baktériumokat „kompként” használnak, hogy a gyógyszereket a véráramon keresztül a daganatokhoz szállítsák. Az ETH Zürich kutatóinak mostanra sikerült megfékezniük bizonyos baktériumokat, így azok hatékonyan legyőzhetik az érfalat és behatolhatnak a daganatszövetbe.

Simone Schürle, a reagáló orvosbiológiai rendszerek professzora vezetésével az ETH kutatói úgy döntöttek, hogy olyan baktériumokkal dolgoznak, amelyek a bennük található vas-oxid részecskék miatt természetesen mágnesesek. Ezek a Magnetospirillum nemzetséghez tartozó baktériumok reagálnak a mágneses mezőkre, és a testen kívülről érkező mágnesekkel irányíthatók; erről bővebben az ETH News korábbi cikkében [ https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html ].

Használja ki az ideiglenes hiányosságokat

Sejtkultúrákon és egereken Schürle és csapata mostanra kimutatta, hogy a daganatra alkalmazott forgó mágneses tér javítja a baktériumok azon képességét, hogy áthaladjanak a rákos daganat közelében lévő érfalon. A forgó mágneses tér körben hajtja előre a baktériumokat az érfalon.

Annak érdekében, hogy jobban megértsük az érfal áthaladásának mechanizmusát, alaposabban meg kell vizsgálni: az érfal egy sejtrétegből áll, és gátként szolgál a véráram és a tumorszövet között, amelyet sok kis véredény áthat. A sejtek közötti szűk terek lehetővé teszik, hogy bizonyos molekulák áthaladjanak az érfalon. Ezen intercelluláris terek méretét az érfal sejtjei szabályozzák, és átmenetileg olyan nagyok lehetnek, hogy még a baktériumok is átjuthatnak az érfalon.

Erős meghajtás és nagy valószínűséggel

Kísérletek és számítógépes szimulációk segítségével az ETH kutatói be tudták mutatni, hogy a baktériumok forgó mágneses térrel történő meghajtása három okból is hatékony. Először is, a forgó mágneses téren keresztüli hajtás tízszer erősebb, mint a statikus mágneses téren keresztüli hajtás. Ez utóbbi egyszerűen meghatározza az irányt, és a baktériumoknak saját erejük alatt kell mozogniuk.

A második és legfontosabb ok az, hogy a baktériumok a forgó mágneses tér hatására folyamatosan mozognak és vándorolnak az érfal mentén. Ennek eredményeként nagyobb valószínűséggel találkoznak az érfalsejtek között rövid időre megnyíló résekkel, mint más típusú hajtóművekkel, amelyekben a baktériumok kevésbé exploratívan mozognak. Harmadszor pedig, más módszerekkel ellentétben a baktériumokat nem kell képalkotással követni. Miután a mágneses mező a daganat fölé került, többé nem kell újra beállítani.

A „rakomány” felhalmozódik a daganatszövetben

Kihasználjuk a baktériumok természetes és autonóm mozgását is. Amint a baktériumok átjutottak az érfalon és a daganatban vannak, önállóan mélyen bevándorolhatnak annak belsejébe.

Simone Schürle, a reagáló orvosbiológiai rendszerek professzora, ETH Zürich

Emiatt a tudósok csak egy órán keresztül használják a külső mágneses tér meghajtását – elég hosszú ideig ahhoz, hogy a baktériumok hatékonyan áthaladjanak az érfalon és elérjék a daganatot.

Az ilyen baktériumok a jövőben rákellenes gyógyszereket szállíthatnak. Sejtkultúra-vizsgálataik során az ETH kutatói ezt az alkalmazást szimulálták úgy, hogy liposzómákat (zsírszerű anyagokból készült nanoszférákat) kapcsoltak a baktériumokhoz. Fluoreszcens festékkel jelölték meg ezeket a liposzómákat, amely lehetővé tette számukra, hogy a Petri-csészében bemutassák, hogy a baktériumok ténylegesen eljuttatták „rakományukat” a rákos szövetbe, ahol felhalmozódtak. Egy jövőbeni orvosi alkalmazás során a liposzómákat gyógyszerrel töltik fel.

Bakteriális rákterápia

A baktériumok kábítószerként való felhasználása egyike annak a két lehetőségnek, amellyel a baktériumok segíthetnek a rák elleni küzdelemben. A másik megközelítés több mint száz éves, és jelenleg újjáéled: kihasználja bizonyos típusú baktériumok természetes hajlamát a daganatsejtek károsítására. Ez több mechanizmust is magában foglalhat. Ismeretes, hogy a baktériumok stimulálják az immunrendszer bizonyos sejtjeit, amelyek aztán megszüntetik a daganatot.

Jelenleg számos kutatási projekt vizsgálja az E. coli baktériumok daganatok elleni hatékonyságát. Ma már lehetséges a szintetikus biológia segítségével módosítani a baktériumokat terápiás hatásuk optimalizálása, a mellékhatások csökkentése és biztonságosabbá tétele érdekében.

Nem mágneses baktériumok mágnesessé tétele

De ahhoz, hogy a baktériumok rejlő tulajdonságait a rákterápiában hasznosítsuk, továbbra is az a kérdés, hogy ezek a baktériumok hogyan juthatnak el hatékonyan a daganathoz. Míg a baktériumokat közvetlenül a test felszínéhez közeli daganatokba lehet fecskendezni, ez nem lehetséges a test mélyén lévő daganatok esetében. Itt jön képbe Schürle professzor mikrorobot vezérlője. „Úgy gondoljuk, hogy technikai megközelítésünkkel növelhetjük a bakteriális rákterápia hatékonyságát” – mondja.

Az E. coli, amelyet a rákvizsgálatokban használtak, nem mágneses, ezért nem táplálható és nem vezérelhető mágneses térrel. Általában a mágneses válaszkészség nagyon ritka jelenség a baktériumokban. A Magnetospirillum azon kevés baktérium nemzetségek egyike, amelyek rendelkeznek ezzel a tulajdonsággal.

Schürle ezért az E. coli baktériumokat is mágnesessé akarja tenni. Ez egy napon lehetővé teheti a klinikailag használt terápiás baktériumok, amelyeknek nincs természetes mágnesességük, mágneses tér segítségével történő ellenőrzését.

Forrás:

ETH Zürich

Referencia:

Gwisai, T. és mtsai. (2022) Mágneses nyomaték által hajtott élő mikrorobotok a fokozott daganatos beszűrődéshez. Tudományos robotika. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

.