Magnētisko baktēriju izmantošana vēža audzēju apkarošanai

Magnētisko baktēriju izmantošana vēža audzēju apkarošanai

ETH Cīrihes pētnieki vēlas izmantot magnētiskās baktērijas, lai apkarotu vēža audzējus. Viņi tagad ir atraduši veidu, kā šie mikroorganismi var efektīvi šķērsot asinsvadu sienas un pēc tam kolonizēt audzēju.

Zinātnieki visā pasaulē pēta, kā vēža zāles var visefektīvāk sasniegt audzējus, uz kuriem tie ir vērsti. Viena iespēja ir izmantot modificētas baktērijas kā “prāmjus”, lai ar asinsriti transportētu zāles uz audzējiem. ETH Cīrihes pētniekiem tagad ir izdevies kontrolēt noteiktas baktērijas, lai tās varētu efektīvi pārvarēt asinsvadu sieniņu un iekļūt audzēja audos.

Reaģējošo biomedicīnas sistēmu profesora Simone Schürle vadībā ETH pētnieki nolēma strādāt ar baktērijām, kas ir dabiski magnētiskas to saturošo dzelzs oksīda daļiņu dēļ. Šīs Magnetospirillum ģints baktērijas reaģē uz magnētiskajiem laukiem, un tās var kontrolēt ar magnētiem no ārpuses; vairāk par to iepriekšējā rakstā ETH News [ https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html ].

Izmantojiet pagaidu nepilnības

Šūnu kultūrās un pelēm Schürle un viņas komanda tagad ir spējuši parādīt, ka audzējam pielietotais rotējošais magnētiskais lauks uzlabo baktēriju spēju šķērsot asinsvadu sieniņu pie vēža audzēja. Rotējošais magnētiskais lauks virza baktērijas uz priekšu pa apli uz asinsvada sienas.

Lai labāk izprastu asinsvadu sienas šķērsošanas mehānismu, ir nepieciešams rūpīgāk izpētīt: asinsvadu siena sastāv no šūnu slāņa un kalpo kā barjera starp asinsriti un audzēja audiem, kurus caurstrāvo daudzi mazi asinsvadi. Šauras telpas starp šīm šūnām ļauj noteiktām molekulām iziet cauri asinsvada sienai. Šo starpšūnu telpu lielumu regulē asinsvada sienas šūnas, un tās īslaicīgi var būt tik lielas, ka pat baktērijas var iziet cauri asinsvada sienai.

Spēcīga piedziņa un liela varbūtība

Ar eksperimentu un datorsimulāciju palīdzību ETH pētnieki spēja parādīt, ka baktēriju dzīšana, izmantojot rotējošu magnētisko lauku, ir efektīva trīs iemeslu dēļ. Pirmkārt, piedziņa ar rotējošu magnētisko lauku ir desmit reizes spēcīgāka nekā piedziņa ar statisko magnētisko lauku. Pēdējais vienkārši nosaka virzienu, un baktērijām ir jāpārvietojas ar savu spēku.

Otrs un vissvarīgākais iemesls ir tas, ka baktērijas, kuras virza rotējošais magnētiskais lauks, nepārtraukti pārvietojas un migrē gar kuģa sienu. Rezultātā viņiem ir lielāka iespēja sastapties ar spraugām, kas uz īsu brīdi atveras starp asinsvadu sieniņu šūnām, nekā ar citiem piedziņas veidiem, kuros baktērijas pārvietojas mazāk pētnieciski. Un, treškārt, atšķirībā no citām metodēm, baktērijas nav jāseko, izmantojot attēlveidošanu. Kad magnētiskais lauks ir novietots virs audzēja, tas vairs nav jāpielāgo.

“Krava” uzkrājas audzēja audos

Mēs arī izmantojam baktēriju dabiskās un autonomās kustības priekšrocības. Tiklīdz baktērijas ir izgājušas cauri asinsvadu sieniņai un atrodas audzējā, tās var patstāvīgi migrēt dziļi tā iekšpusē.

Simone Schürle, atsaucīgo biomedicīnas sistēmu profesore, Cīrihes ETH

Šī iemesla dēļ zinātnieki izmanto piedziņu no ārējā magnētiskā lauka tikai vienu stundu - pietiekami ilgi, lai baktērijas efektīvi izietu cauri asinsvada sienai un sasniegtu audzēju.

Šādas baktērijas nākotnē varētu transportēt zāles pret vēzi. Savos šūnu kultūras pētījumos ETH pētnieki simulēja šo lietojumu, pievienojot baktērijām liposomas (nanosfēras, kas izgatavotas no taukiem līdzīgām vielām). Viņi marķēja šīs liposomas ar fluorescējošu krāsvielu, kas ļāva tām Petri trauciņā parādīt, ka baktērijas patiešām ir nogādājušas savu "kravu" vēža audos, kur tās uzkrājas. Nākotnē medicīnā liposomas tiks piepildītas ar zālēm.

Baktēriju vēža terapija

Baktēriju izmantošana narkotiku ražošanai ir viens no diviem veidiem, kā baktērijas var palīdzēt cīņā pret vēzi. Otra pieeja ir vairāk nekā simts gadus veca un pašlaik piedzīvo atdzimšanu: tiek izmantota noteikta veida baktēriju dabiskā tendence bojāt audzēja šūnas. Tas var ietvert vairākus mehānismus. Ir zināms, ka baktērijas stimulē noteiktas imūnsistēmas šūnas, kas pēc tam iznīcina audzēju.

Vairākos pētniecības projektos pašlaik tiek pētīta E. coli baktēriju efektivitāte pret audzējiem. Mūsdienās ir iespējams modificēt baktērijas, izmantojot sintētisko bioloģiju, lai optimizētu to terapeitisko iedarbību, samazinātu blakusparādības un padarītu tās drošākas.

Nemagnētisko baktēriju padarīšana magnētiskas

Bet, lai vēža terapijā izmantotu baktēriju raksturīgās īpašības, paliek jautājums, kā šīs baktērijas var efektīvi sasniegt audzēju. Lai gan baktērijas ir iespējams injicēt tieši audzējos netālu no ķermeņa virsmas, tas nav iespējams ar audzējiem dziļi ķermenī. Šeit tiek izmantots profesora Šürles mikrorobota kontrolieris. "Mēs uzskatām, ka ar mūsu tehnisko pieeju mēs varam palielināt baktēriju vēža terapijas efektivitāti," viņa saka.

E. coli, kas tika izmantota vēža pētījumos, nav magnētiska, un tāpēc to nevar darbināt un kontrolēt ar magnētisko lauku. Kopumā magnētiskā reakcija baktērijās ir ļoti reta parādība. Magnetospirillum ir viena no retajām baktēriju ģintīm, kurām piemīt šī īpašība.

Tāpēc Schürle vēlas arī padarīt E. coli baktērijas magnētiskas. Tas kādu dienu varētu ļaut kontrolēt klīniski izmantotās terapeitiskās baktērijas, kurām nav dabiska magnētisma, izmantojot magnētisko lauku.

Avots:

ETH Cīrihe

Atsauce:

Gwisai, T. u.c. (2022) Ar magnētisku griezes momentu darbināmi dzīvi mikroroboti palielinātai audzēja infiltrācijai. Zinātniskā robotika. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

.