Magnetinių bakterijų naudojimas kovojant su vėžiniais navikais

Magnetinių bakterijų naudojimas kovojant su vėžiniais navikais

ETH Ciuricho mokslininkai nori panaudoti magnetines bakterijas kovai su vėžiniais navikais. Dabar jie rado būdą, kaip šie mikroorganizmai gali veiksmingai kirsti kraujagyslių sieneles ir tada kolonizuoti naviką.

Mokslininkai visame pasaulyje tiria, kaip vaistai nuo vėžio gali efektyviausiai pasiekti navikus, kuriems jie skirti. Viena iš galimybių yra panaudoti modifikuotas bakterijas kaip „keltus“, pernešančius vaistus į navikus per kraują. ETH Ciuricho mokslininkams dabar pavyko suvaldyti tam tikras bakterijas, kad jos galėtų veiksmingai įveikti kraujagyslių sienelę ir prasiskverbti į naviko audinį.

ETH mokslininkai, vadovaujami atsakingų biomedicininių sistemų profesoriaus Simone Schürle, nusprendė dirbti su bakterijomis, kurios yra natūraliai magnetinės dėl jose esančių geležies oksido dalelių. Šios Magnetospirillum genties bakterijos reaguoja į magnetinius laukus ir gali būti valdomos magnetais iš išorės; daugiau apie tai ankstesniame ETH News straipsnyje [ https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html ].

Išnaudokite laikinas spragas

Ląstelių kultūrose ir pelėse Schürle ir jos komanda dabar sugebėjo parodyti, kad augliui taikomas besisukantis magnetinis laukas pagerina bakterijų gebėjimą kirsti kraujagyslės sienelę šalia vėžinio naviko. Besisukantis magnetinis laukas varo bakterijas į priekį ratu ant kraujagyslės sienelės.

Norint geriau suprasti kraujagyslės sienelės kirtimo mechanizmą, reikia atidžiau pažvelgti: kraujagyslės sienelė susideda iš ląstelių sluoksnio ir tarnauja kaip barjeras tarp kraujotakos ir naviko audinio, kurį persmelkia daug smulkių kraujagyslių. Siauri tarpai tarp šių ląstelių leidžia tam tikroms molekulėms praeiti pro kraujagyslės sienelę. Šių tarpląstelinių erdvių dydį reguliuoja kraujagyslės sienelės ląstelės ir jos laikinai gali būti tokios didelės, kad pro kraujagyslės sienelę gali prasiskverbti net bakterijos.

Stipri varomoji jėga ir didelė tikimybė

Eksperimentų ir kompiuterinio modeliavimo pagalba ETH tyrėjai sugebėjo parodyti, kad bakterijų varymas naudojant besisukantį magnetinį lauką yra veiksmingas dėl trijų priežasčių. Pirma, varomoji jėga sukančiu magnetiniu lauku yra dešimt kartų stipresnė nei varomoji jėga statiniu magnetiniu lauku. Pastaroji tiesiog nustato kryptį ir bakterijos turi judėti savo jėgomis.

Antra ir svarbiausia priežastis yra ta, kad besisukančio magnetinio lauko varomos bakterijos nuolat juda ir migruoja kraujagyslės sienele. Dėl to jie labiau linkę susidurti su tarpais, kurie trumpam atsidaro tarp kraujagyslių sienelių ląstelių, nei naudojant kitų tipų varomąją jėgą, kai bakterijos juda mažiau tyrinėjant. Ir trečia, skirtingai nuo kitų metodų, bakterijų nereikia sekti naudojant vaizdus. Kai magnetinis laukas yra virš naviko, jo nebereikia koreguoti.

„Krovinys“ kaupiasi naviko audinyje

Taip pat išnaudojame natūralų ir savarankišką bakterijų judėjimą. Kai tik bakterijos praeina pro kraujagyslės sienelę ir patenka į naviką, jos gali savarankiškai migruoti gilyn į jo vidų.

Simone Schürle, reaguojančių biomedicinos sistemų profesorius, ETH Ciurichas

Dėl šios priežasties mokslininkai išorinio magnetinio lauko pavarą naudoja tik vieną valandą – pakankamai ilgai, kad bakterijos efektyviai prasiskverbtų pro kraujagyslės sienelę ir pasiektų naviką.

Tokios bakterijos ateityje galėtų transportuoti vaistus nuo vėžio. Savo ląstelių kultūros tyrimuose ETH tyrėjai imitavo šį pritaikymą, prie bakterijų prijungdami liposomas (nanosferas, pagamintas iš į riebalus panašių medžiagų). Jie pažymėjo šias liposomas fluorescenciniais dažais, leidžiančiais Petri lėkštelėje parodyti, kad bakterijos iš tikrųjų atnešė savo „krovinį“ į vėžinį audinį, kur jos kaupėsi. Ateityje medicinoje liposomos būtų užpildytos vaistu.

Bakterinio vėžio terapija

Bakterijų naudojimas vaistams yra vienas iš dviejų būdų, kaip bakterijos gali padėti kovoti su vėžiu. Kitas metodas yra senesnis nei šimtas metų ir šiuo metu atgimsta: išnaudojamas natūralus tam tikrų tipų bakterijų polinkis pažeisti naviko ląsteles. Tai gali apimti kelis mechanizmus. Yra žinoma, kad bakterijos stimuliuoja tam tikras imuninės sistemos ląsteles, kurios vėliau pašalina naviką.

Šiuo metu keli mokslinių tyrimų projektai tiria E. coli bakterijų veiksmingumą prieš navikus. Šiandien galima modifikuoti bakterijas naudojant sintetinę biologiją, siekiant optimizuoti jų gydomąjį poveikį, sumažinti šalutinį poveikį ir padaryti jas saugesnes.

Nemagnetinių bakterijų pavertimas magnetinėmis

Tačiau norint panaudoti būdingas bakterijų savybes vėžio terapijoje, išlieka klausimas, kaip šios bakterijos gali veiksmingai pasiekti naviką. Nors galima suleisti bakterijas tiesiai į auglius, esančius šalia kūno paviršiaus, tai neįmanoma, kai navikai yra giliai kūne. Čia pradeda veikti profesoriaus Schürle mikroroboto valdiklis. „Manome, kad taikydami savo techninį požiūrį galime padidinti bakterinio vėžio gydymo veiksmingumą“, - sako ji.

E. coli, kuri buvo naudojama vėžio tyrimuose, nėra magnetinė, todėl negali būti maitinama ir valdoma magnetinio lauko. Apskritai, magnetinis jautrumas bakterijoms yra labai retas reiškinys. Magnetospirillum yra viena iš nedaugelio bakterijų genčių, turinčių šią savybę.

Todėl Schürle taip pat nori, kad E. coli bakterijos būtų magnetinės. Tai vieną dieną galėtų padėti kontroliuoti kliniškai naudojamas terapines bakterijas, kurios neturi natūralaus magnetizmo, naudojant magnetinį lauką.

Šaltinis:

ETH Ciurichas

Nuoroda:

Gwisai, T. ir kt. (2022) Magnetinio sukimo momento varomi gyvi mikrorobotai, skirti padidinti naviko infiltraciją. Mokslinė robotika. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

.