Utilizzo di batteri magnetici per combattere i tumori cancerosi

Utilizzo di batteri magnetici per combattere i tumori cancerosi

I ricercatori dell'ETH di Zurigo vogliono utilizzare i batteri magnetici per combattere i tumori cancerosi. Ora hanno trovato un modo in cui questi microrganismi possono attraversare efficacemente le pareti dei vasi sanguigni e quindi colonizzare un tumore.

Gli scienziati di tutto il mondo stanno studiando come i farmaci antitumorali possano raggiungere nel modo più efficiente i tumori che prendono di mira. Una possibilità è quella di utilizzare batteri modificati come “traghetti” per trasportare i farmaci ai tumori attraverso il flusso sanguigno. I ricercatori dell'ETH di Zurigo sono ora riusciti a controllare alcuni batteri in modo che possano superare efficacemente la parete dei vasi sanguigni e penetrare nel tessuto tumorale.

Guidati da Simone Schürle, professore di sistemi biomedici reattivi, i ricercatori dell'ETH hanno deciso di lavorare con batteri che sono naturalmente magnetici grazie alle particelle di ossido di ferro che contengono. Questi batteri del genere Magnetospirillum rispondono ai campi magnetici e possono essere controllati da magneti esterni al corpo; maggiori informazioni su questo in un precedente articolo su ETH News [ https://ethz.ch/it/news-and-events/eth-news/news/2020/12/batteri-magnetici-come-micropompe.html ].

Sfruttare le lacune temporanee

Nelle colture cellulari e nei topi, Schürle e il suo team sono stati ora in grado di dimostrare che un campo magnetico rotante applicato al tumore migliora la capacità dei batteri di attraversare la parete del vaso vicino al tumore canceroso. Il campo magnetico rotante spinge i batteri in avanti lungo la parete del vaso.

Per comprendere meglio il meccanismo di attraversamento della parete vascolare è necessario uno sguardo più attento: la parete dei vasi sanguigni è costituita da uno strato di cellule e funge da barriera tra il flusso sanguigno e il tessuto tumorale, che è permeato da numerosi piccoli vasi sanguigni. Gli spazi ristretti tra queste cellule consentono ad alcune molecole di passare attraverso la parete del vaso. La dimensione di questi spazi intercellulari è regolata dalle cellule della parete vascolare e possono essere temporaneamente così grandi che anche i batteri possono passare attraverso la parete vascolare.

Forte propulsione e alta probabilità

Con l'aiuto di esperimenti e simulazioni al computer, i ricercatori dell'ETH sono riusciti a dimostrare che la spinta dei batteri tramite un campo magnetico rotante è efficace per tre motivi. Innanzitutto, la propulsione tramite un campo magnetico rotante è dieci volte più potente della propulsione tramite un campo magnetico statico. Quest'ultimo stabilisce semplicemente la direzione e i batteri devono muoversi con le proprie forze.

Il secondo e più importante motivo è che i batteri, spinti dal campo magnetico rotante, si muovono e migrano costantemente lungo la parete del vaso. Di conseguenza, è più probabile che incontrino gli spazi che si aprono brevemente tra le cellule delle pareti dei vasi rispetto ad altri tipi di propulsione in cui i batteri si muovono in modo meno esplorativo. In terzo luogo, a differenza di altri metodi, non è necessario monitorare i batteri mediante l’imaging. Una volta posizionato sul tumore, il campo magnetico non necessita più di essere regolato nuovamente.

Il “carico” si accumula nel tessuto tumorale

Sfruttiamo anche il movimento naturale e autonomo dei batteri. Non appena i batteri hanno attraversato la parete dei vasi sanguigni e si trovano nel tumore, possono migrare autonomamente in profondità al suo interno”.

Simone Schürle, professore di sistemi biomedici reattivi, ETH Zurigo

Per questo motivo gli scienziati sfruttano la spinta del campo magnetico esterno solo per un'ora, il tempo sufficiente affinché i batteri possano passare efficacemente attraverso la parete del vaso e raggiungere il tumore.

Tali batteri potrebbero in futuro trasportare farmaci contro il cancro. Nei loro studi sulle colture cellulari, i ricercatori dell'ETH hanno simulato questa applicazione attaccando liposomi (nanosfere costituite da sostanze simili ai grassi) ai batteri. Hanno etichettato questi liposomi con un colorante fluorescente che ha permesso loro di dimostrare nella capsula Petri che i batteri avevano effettivamente consegnato il loro “carico” nel tessuto tumorale, dove si erano accumulati. In una futura applicazione medica, i liposomi verrebbero riempiti con un farmaco.

Terapia del cancro batterico

Usare i batteri come traghetti per i farmaci è uno dei due modi in cui i batteri possono aiutare nella lotta contro il cancro. L’altro approccio ha più di cento anni e attualmente sta vivendo una rinascita: sfruttare la tendenza naturale di alcuni tipi di batteri a danneggiare le cellule tumorali. Ciò può comportare diversi meccanismi. Ciò che è noto è che i batteri stimolano alcune cellule del sistema immunitario, che poi eliminano il tumore.

Attualmente diversi progetti di ricerca stanno studiando l’efficacia dei batteri E. coli contro i tumori. Oggi è possibile modificare i batteri utilizzando la biologia di sintesi per ottimizzarne gli effetti terapeutici, ridurre gli effetti collaterali e renderli più sicuri.

Rendere magnetici i batteri non magnetici

Ma per poter sfruttare le proprietà intrinseche dei batteri nella terapia del cancro, rimane la domanda su come questi batteri possano raggiungere efficacemente il tumore. Mentre è possibile iniettare i batteri direttamente nei tumori vicino alla superficie del corpo, ciò non è possibile con i tumori che si trovano in profondità nel corpo. È qui che entra in gioco il controllore del microrobot del professor Schürle. "Crediamo che con il nostro approccio tecnico possiamo aumentare l'efficacia della terapia batterica contro il cancro", afferma.

L'Escherichia coli, utilizzata negli studi sul cancro, non è magnetica e pertanto non può essere alimentata e controllata da un campo magnetico. In generale, la reattività magnetica è un fenomeno molto raro nei batteri. Magnetospirillum è uno dei pochi generi batterici che possiedono questa proprietà.

Schürle vuole quindi rendere magnetici anche i batteri E. coli. Ciò potrebbe un giorno rendere possibile il controllo dei batteri terapeutici utilizzati clinicamente che non hanno magnetismo naturale utilizzando un campo magnetico.

Fonte:

Politecnico federale di Zurigo

Riferimento:

Gwisai, T., et al. (2022) Microrobot viventi guidati da coppia magnetica per una maggiore infiltrazione tumorale. Robotica scientifica. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

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