Zastosowanie bakterii magnetycznych w walce z nowotworami nowotworowymi

Zastosowanie bakterii magnetycznych w walce z nowotworami nowotworowymi

Naukowcy z ETH Zurich chcą wykorzystać bakterie magnetyczne do zwalczania nowotworów nowotworowych. Znaleźli teraz sposób, w jaki te mikroorganizmy mogą skutecznie przenikać przez ściany naczyń krwionośnych, a następnie kolonizować guz.

Naukowcy na całym świecie badają, w jaki sposób leki przeciwnowotworowe mogą najskuteczniej dotrzeć do nowotworów, na które są skierowane. Jedną z możliwości jest wykorzystanie zmodyfikowanych bakterii jako „promów” do transportu leków do nowotworów przez krwioobieg. Naukowcom z ETH Zurich udało się obecnie kontrolować niektóre bakterie, dzięki czemu mogą skutecznie pokonać ścianę naczyń krwionośnych i penetrować tkankę nowotworową.

Badacze z ETH pod kierunkiem Simone Schürle, profesor responsywnych systemów biomedycznych, postanowili pracować z bakteriami, które są naturalnie magnetyczne ze względu na zawarte w nich cząsteczki tlenku żelaza. Te bakterie z rodzaju Magnetospirillum reagują na pola magnetyczne i mogą być kontrolowane przez magnesy z zewnątrz ciała; więcej na ten temat we wcześniejszym artykule w ETH News [ https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html ]

Wykorzystaj tymczasowe luki

W hodowlach komórkowych i na myszach Schürle i jej zespół byli w stanie wykazać, że wirujące pole magnetyczne przyłożone do guza poprawia zdolność bakterii do przekraczania ściany naczynia w pobliżu guza nowotworowego. Wirujące pole magnetyczne popycha bakterie do przodu po okręgu na ścianie naczynia.

Aby lepiej zrozumieć mechanizm przekraczania ściany naczynia, konieczne jest bliższe przyjrzenie się: Ściana naczyń krwionośnych składa się z warstwy komórek i służy jako bariera pomiędzy krwiobiegiem a tkanką nowotworową, przez którą przechodzi wiele małych naczyń krwionośnych. Wąskie przestrzenie między tymi komórkami umożliwiają niektórym cząsteczkom przejście przez ścianę naczynia. Rozmiar tych przestrzeni międzykomórkowych jest regulowany przez komórki ściany naczynia i mogą chwilowo być tak duże, że nawet bakterie mogą przedostać się przez ścianę naczynia.

Silny napęd i duże prawdopodobieństwo

Za pomocą eksperymentów i symulacji komputerowych badaczom z ETH udało się wykazać, że napędzanie bakterii za pomocą wirującego pola magnetycznego jest skuteczne z trzech powodów. Po pierwsze, napęd za pomocą wirującego pola magnetycznego jest dziesięć razy silniejszy niż napęd za pomocą statycznego pola magnetycznego. Ten ostatni po prostu wyznacza kierunek, a bakterie muszą poruszać się o własnych siłach.

Drugim i najważniejszym powodem jest to, że bakterie napędzane wirującym polem magnetycznym nieustannie się przemieszczają i migrują wzdłuż ścian naczyń. W rezultacie częściej napotykają szczeliny, które na krótko otwierają się między komórkami ściany naczyń, niż w przypadku innych rodzajów napędu, w których bakterie poruszają się mniej eksploracyjnie. I po trzecie, w przeciwieństwie do innych metod, nie ma potrzeby śledzenia bakterii za pomocą obrazowania. Po ustawieniu pola magnetycznego nad guzem nie ma już potrzeby jego ponownej regulacji.

„Ładunek” gromadzi się w tkance nowotworowej

Wykorzystujemy także naturalny i autonomiczny ruch bakterii. Gdy tylko bakterie przejdą przez ścianę naczyń krwionośnych i znajdą się w guzie, mogą samodzielnie migrować w głąb jego wnętrza.”

Simone Schürle, profesor responsywnych systemów biomedycznych, ETH Zurich

Z tego powodu naukowcy korzystają z napędu zewnętrznego pola magnetycznego tylko przez godzinę – wystarczająco długo, aby bakteria sprawnie przedostała się przez ścianę naczynia i dotarła do guza.

Takie bakterie mogłyby w przyszłości transportować leki przeciwnowotworowe. W badaniach na hodowlach komórkowych badacze z ETH symulowali to zastosowanie, przyłączając do bakterii liposomy (nanosfery zbudowane z substancji tłuszczopodobnych). Oznaczyli te liposomy barwnikiem fluorescencyjnym, co pozwoliło im wykazać na szalce Petriego, że bakterie faktycznie dostarczyły swój „ładunek” do tkanki nowotworowej, gdzie się zgromadził. W przyszłych zastosowaniach medycznych liposomy zostaną wypełnione lekiem.

Bakteryjna terapia raka

Wykorzystywanie bakterii jako promów do transportu leków to jeden z dwóch sposobów, w jakie bakterie mogą pomóc w walce z rakiem. Drugie podejście ma ponad sto lat i obecnie przeżywa renesans: wykorzystuje naturalną tendencję niektórych typów bakterii do uszkadzania komórek nowotworowych. Może to obejmować kilka mechanizmów. Wiadomo, że bakterie stymulują określone komórki układu odpornościowego, które następnie eliminują guz.

Obecnie w kilku projektach badawczych bada się skuteczność bakterii E. coli w walce z nowotworami. Obecnie możliwa jest modyfikacja bakterii za pomocą biologii syntetycznej w celu optymalizacji ich działania terapeutycznego, ograniczenia skutków ubocznych i zwiększenia ich bezpieczeństwa.

Naprawianie bakterii niemagnetycznych magnetycznymi

Aby jednak wykorzystać nieodłączne właściwości bakterii w terapii nowotworów, pozostaje pytanie, w jaki sposób bakterie te mogą skutecznie dotrzeć do guza. Chociaż możliwe jest wstrzyknięcie bakterii bezpośrednio do guzów znajdujących się w pobliżu powierzchni ciała, nie jest to możliwe w przypadku guzów znajdujących się głęboko w organizmie. Tutaj w grę wchodzi kontroler mikrorobota profesora Schürle’a. „Wierzymy, że dzięki naszemu podejściu technicznemu możemy zwiększyć skuteczność bakteryjnej terapii nowotworów” – mówi.

E. coli, którą wykorzystano w badaniach nad rakiem, nie jest magnetyczna i dlatego nie może być zasilana i kontrolowana przez pole magnetyczne. Ogólnie rzecz biorąc, wrażliwość magnetyczna jest bardzo rzadkim zjawiskiem u bakterii. Magnetospirillum jest jednym z niewielu rodzajów bakterii posiadających tę właściwość.

Dlatego Schürle chce również, aby bakterie E. coli były magnetyczne. Może to pewnego dnia umożliwić kontrolowanie stosowanych klinicznie bakterii terapeutycznych, które nie mają naturalnego magnetyzmu, za pomocą pola magnetycznego.

Źródło:

ETH Zurych

Odniesienie:

Gwisai, T. i in. (2022) Żywe mikroroboty napędzane momentem magnetycznym w celu zwiększenia nacieku nowotworu. Robotyka naukowa. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

.