Utilizarea bacteriilor magnetice pentru combaterea tumorilor canceroase

Utilizarea bacteriilor magnetice pentru combaterea tumorilor canceroase

Cercetătorii de la ETH Zurich vor să folosească bacterii magnetice pentru a combate tumorile canceroase. Ei au găsit acum o modalitate prin care aceste microorganisme pot traversa eficient pereții vaselor de sânge și apoi coloniza o tumoare.

Oamenii de știință din întreaga lume cercetează modul în care medicamentele împotriva cancerului pot ajunge cel mai eficient la tumorile pe care le vizează. O posibilitate este utilizarea bacteriilor modificate ca „feribot” pentru a transporta medicamentele către tumori prin fluxul sanguin. Cercetătorii de la ETH Zurich au reușit acum să controleze anumite bacterii, astfel încât acestea să poată depăși eficient peretele vaselor de sânge și să pătrundă în țesutul tumoral.

Conduși de Simone Schürle, profesor de sisteme biomedicale receptive, cercetătorii ETH au decis să lucreze cu bacterii care sunt în mod natural magnetice datorită particulelor de oxid de fier pe care le conțin. Aceste bacterii din genul Magnetospirillum răspund la câmpurile magnetice și pot fi controlate de magneți din afara corpului; mai multe despre acest lucru într-un articol anterior din ETH News [ https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html ].

Exploatați golurile temporare

În culturile celulare și pe șoareci, Schürle și echipa ei au reușit acum să arate că un câmp magnetic rotativ aplicat tumorii îmbunătățește capacitatea bacteriilor de a traversa peretele vasului din apropierea tumorii canceroase. Câmpul magnetic rotativ conduce bacteriile înainte într-un cerc pe peretele vasului.

Pentru a înțelege mai bine mecanismul de traversare a peretelui vasului, este necesară o privire mai atentă: peretele vasului de sânge este format dintr-un strat de celule și servește ca o barieră între fluxul sanguin și țesutul tumoral, care este pătruns de multe vase de sânge mici. Spațiile înguste dintre aceste celule permit anumitor molecule să treacă prin peretele vasului. Dimensiunea acestor spații intercelulare este reglată de celulele peretelui vasului și pot fi temporar atât de mari încât chiar și bacteriile pot trece prin peretele vasului.

Propulsie puternică și probabilitate mare

Cu ajutorul experimentelor și simulărilor pe computer, cercetătorii ETH au reușit să demonstreze că propulsarea bacteriilor folosind un câmp magnetic rotativ este eficientă din trei motive. În primul rând, propulsia printr-un câmp magnetic rotativ este de zece ori mai puternică decât propulsia printr-un câmp magnetic static. Acesta din urmă stabilește pur și simplu direcția, iar bacteriile trebuie să se miște prin propria lor putere.

Al doilea și cel mai important motiv este că bacteriile, conduse de câmpul magnetic rotativ, se mișcă și migrează în mod constant de-a lungul peretelui vasului. Ca rezultat, este mai probabil ca ei sa intalneasca golurile care se deschid pentru scurt timp intre celulele peretelui vasului decat cu alte tipuri de propulsie in care bacteriile se misca mai putin explorator. Și în al treilea rând, spre deosebire de alte metode, bacteriile nu trebuie să fie urmărite folosind imagistica. Odată ce câmpul magnetic este poziționat deasupra tumorii, acesta nu mai trebuie reajustat.

„Cargo” se acumulează în țesutul tumoral

De asemenea, profităm de mișcarea naturală și autonomă a bacteriilor. De îndată ce bacteriile au trecut prin peretele vaselor de sânge și se află în tumoare, ele pot migra în mod independent adânc în interiorul acesteia.”

Simone Schürle, profesor de sisteme biomedicale receptive, ETH Zurich

Din acest motiv, oamenii de știință folosesc acționarea din câmpul magnetic extern doar o oră - suficient pentru ca bacteriile să treacă eficient prin peretele vasului și să ajungă la tumoră.

Astfel de bacterii ar putea transporta medicamente împotriva cancerului în viitor. În studiile lor de cultură celulară, cercetătorii ETH au simulat această aplicație prin atașarea lipozomilor (nanosfere formate din substanțe asemănătoare grăsimilor) la bacterii. Ei au marcat acești lipozomi cu un colorant fluorescent care le-a permis să demonstreze în vasul Petri că bacteriile și-au livrat de fapt „încărcătura” în țesutul canceros, unde s-au acumulat. Într-o aplicație medicală viitoare, lipozomii ar fi umpluți cu un medicament.

Terapia cancerului bacterian

Folosirea bacteriilor ca feriboturi pentru medicamente este una dintre cele două moduri prin care bacteriile pot ajuta în lupta împotriva cancerului. Cealaltă abordare are peste o sută de ani și se confruntă în prezent cu o revigorare: exploatarea tendinței naturale a anumitor tipuri de bacterii de a deteriora celulele tumorale. Aceasta poate implica mai multe mecanisme. Ceea ce se știe este că bacteriile stimulează anumite celule ale sistemului imunitar, care apoi elimină tumora.

Mai multe proiecte de cercetare investighează în prezent eficacitatea bacteriilor E. coli împotriva tumorilor. Astăzi este posibilă modificarea bacteriilor folosind biologia sintetică pentru a le optimiza efectele terapeutice, a reduce efectele secundare și a le face mai sigure.

Facerea bacteriilor nemagnetice magnetice

Dar, pentru a utiliza proprietățile inerente ale bacteriilor în terapia cancerului, rămâne întrebarea cum aceste bacterii pot ajunge eficient la tumoră. Deși este posibil să se injecteze bacteriile direct în tumorile de lângă suprafața corpului, acest lucru nu este posibil cu tumorile adânci în corp. Aici intervine controlerul de microrobot al profesorului Schürle. „Credem că prin abordarea noastră tehnică putem crește eficacitatea terapiei pentru cancerul bacterian”, spune ea.

E. coli, care a fost folosită în studiile de cancer, nu este magnetică și, prin urmare, nu poate fi alimentată și controlată de un câmp magnetic. În general, răspunsul magnetic este un fenomen foarte rar la bacterii. Magnetospirillum este unul dintre puținele genuri bacteriene care posedă această proprietate.

Prin urmare, Schürle dorește să facă bacteriile E. coli magnetice. Acest lucru ar putea face posibilă, într-o zi, controlul bacteriilor terapeutice utilizate clinic, care nu au magnetism natural, folosind un câmp magnetic.

Sursă:

ETH Zurich

Referinţă:

Gwisai, T., şi colab. (2022) Microroboți vii acționați de cuplu magnetic pentru infiltrarea tumorală crescută. Robotică științifică. doi.org/10.1126/scirobotics.abo0665.

.