Uso de bactérias magnéticas para combater tumores cancerígenos

Uso de bactérias magnéticas para combater tumores cancerígenos

Pesquisadores da ETH Zurique querem usar bactérias magnéticas para combater tumores cancerígenos. Eles descobriram agora uma maneira pela qual esses microrganismos podem efetivamente atravessar as paredes dos vasos sanguíneos e depois colonizar um tumor.

Cientistas de todo o mundo estão pesquisando como os medicamentos contra o câncer podem atingir com mais eficiência os tumores que visam. Uma possibilidade é usar bactérias modificadas como “balsas” para transportar os medicamentos até os tumores através da corrente sanguínea. Pesquisadores da ETH Zurique conseguiram agora controlar certas bactérias para que possam superar com eficácia a parede dos vasos sanguíneos e penetrar no tecido tumoral.

Liderados por Simone Schürle, Professora de Sistemas Biomédicos Responsivos, os pesquisadores da ETH decidiram trabalhar com bactérias que são naturalmente magnéticas devido às partículas de óxido de ferro que contêm. Essas bactérias do gênero Magnetospirillum respondem a campos magnéticos e podem ser controladas por ímãs externos ao corpo; mais sobre isso em um artigo anterior no ETH News [ https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html ].

Explorar lacunas temporárias

Em culturas de células e em ratos, Schürle e a sua equipa conseguiram agora mostrar que um campo magnético rotativo aplicado ao tumor melhora a capacidade da bactéria de atravessar a parede do vaso perto do tumor cancerígeno. O campo magnético rotativo impulsiona as bactérias em um círculo na parede do vaso.

Para entender melhor o mecanismo de travessia da parede do vaso, é necessário um olhar mais atento: A parede do vaso sanguíneo consiste em uma camada de células e serve como barreira entre a corrente sanguínea e o tecido tumoral, que é permeado por muitos pequenos vasos sanguíneos. Espaços estreitos entre essas células permitem que certas moléculas passem através da parede do vaso. O tamanho destes espaços intercelulares é regulado pelas células da parede do vaso e podem ser temporariamente tão grandes que até bactérias podem passar através da parede do vaso.

Propulsão forte e alta probabilidade

Com a ajuda de experimentos e simulações computacionais, os pesquisadores da ETH conseguiram mostrar que impulsionar bactérias usando um campo magnético rotativo é eficaz por três razões. Primeiro, a propulsão através de um campo magnético rotativo é dez vezes mais forte do que a propulsão através de um campo magnético estático. Este último simplesmente define a direção e as bactérias devem se mover por conta própria.

A segunda e mais importante razão é que as bactérias, impulsionadas pelo campo magnético rotativo, estão constantemente em movimento e migrando ao longo da parede do vaso. Como resultado, é mais provável que encontrem as lacunas que se abrem brevemente entre as células da parede dos vasos do que com outros tipos de propulsão em que as bactérias se movem de forma menos exploratória. E em terceiro lugar, ao contrário de outros métodos, as bactérias não precisam ser rastreadas por meio de imagens. Uma vez posicionado o campo magnético sobre o tumor, ele não precisa mais ser reajustado.

“Carga” se acumula no tecido tumoral

Também aproveitamos o movimento natural e autônomo das bactérias. Assim que as bactérias passam através da parede dos vasos sanguíneos e estão no tumor, elas podem migrar de forma independente para o seu interior.”

Simone Schürle, Professora de Sistemas Biomédicos Responsivos, ETH Zurique

Por esse motivo, os cientistas utilizam o acionamento do campo magnético externo por apenas uma hora – tempo suficiente para que a bactéria passe com eficiência pela parede do vaso e chegue ao tumor.

Essas bactérias poderão transportar medicamentos contra o câncer no futuro. Em seus estudos de cultura celular, os pesquisadores da ETH simularam essa aplicação anexando lipossomas (nanosferas feitas de substâncias semelhantes à gordura) às bactérias. Eles rotularam esses lipossomas com um corante fluorescente que lhes permitiu demonstrar na placa de Petri que as bactérias haviam realmente entregue sua “carga” ao tecido canceroso, onde se acumularam. Numa futura aplicação médica, os lipossomas seriam preenchidos com um medicamento.

Terapia contra câncer bacteriano

Usar bactérias como balsas para medicamentos é uma das duas maneiras pelas quais as bactérias podem ajudar na luta contra o câncer. A outra abordagem tem mais de cem anos e está actualmente a passar por um renascimento: explorar a tendência natural de certos tipos de bactérias para danificar células tumorais. Isso pode envolver vários mecanismos. O que se sabe é que as bactérias estimulam certas células do sistema imunológico, que então eliminam o tumor.

Vários projetos de pesquisa estão atualmente investigando a eficácia da bactéria E. coli contra tumores. Hoje é possível modificar bactérias utilizando a biologia sintética para otimizar seus efeitos terapêuticos, reduzir os efeitos colaterais e torná-las mais seguras.

Tornando bactérias não magnéticas magnéticas

Mas, a fim de utilizar as propriedades inerentes das bactérias na terapia do câncer, permanece a questão de como essas bactérias podem atingir eficientemente o tumor. Embora seja possível injetar a bactéria diretamente em tumores próximos à superfície do corpo, isso não é possível com tumores profundos no corpo. É aqui que entra em ação o controlador de microrobô do Professor Schürle. “Acreditamos que com a nossa abordagem técnica podemos aumentar a eficácia da terapia bacteriana do cancro”, diz ela.

A E. coli, que foi utilizada nos estudos sobre o cancro, não é magnética e, portanto, não pode ser alimentada e controlada por um campo magnético. Em geral, a capacidade de resposta magnética é um fenômeno muito raro em bactérias. Magnetospirillum é um dos poucos gêneros bacterianos que possuem essa propriedade.

Portanto, Schürle também quer tornar a bactéria E. coli magnética. Isso poderia um dia tornar possível controlar bactérias terapêuticas usadas clinicamente que não possuem magnetismo natural por meio de um campo magnético.

Fonte:

ETH Zurique

Referência:

Gwisai, T., et al. (2022) Microrobôs vivos acionados por torque magnético para aumentar a infiltração tumoral. Robótica científica. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

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