Cercetătorii ETH Zurich au dezvoltat cu succes bacterii magnetice care pot traversa eficient peretele vaselor de sânge și se pot infiltra în țesutul tumoral pentru a furniza medicamente anticancerigene – o metodă care ar putea îmbunătăți rezultatele cancerului și ar putea duce la mai puține efecte secundare.
Livrarea țintită a terapiei cancerului este o tendință majoră în cercetare. O strategie a fost utilizarea bacteriilor modificate ca „feribot” pentru a transporta medicamentele prin fluxul sanguin direct la tumori.
Exploatarea golurilor temporare
Condusă de Simone Schürle, profesor de sisteme biomedicale receptive la ETH Zurich, lucrarea a evaluat potențialul bacteriilor care sunt magnetice în mod natural datorită prezenței particulelor de oxid de fier. Din genul Magnetospirillum, bacteriile folosite de ETH Zurich răspund la câmpurile magnetice și pot fi controlate de magneți din afara corpului.
În culturile celulare și la șoareci, Schürle și echipa ei au arătat acum că un câmp magnetic rotativ aplicat îmbunătățește capacitatea bacteriilor de a traversa peretele vascular în apropierea tumorii. În peretele vascular, câmpul magnetic rotativ propulsează bacteriile înainte într-o mișcare circulară.
Pentru a înțelege mai bine penetrarea peretelui vascular, este necesar să-l examinăm în detaliu: peretele vascular este bariera dintre circulația sângelui și țesutul tumoral, care este străbătut de multe vase de sânge fine. Este alcătuit dintr-un strat de celule. Unele molecule din fluxul sanguin se pot strecura prin spațiile înguste dintre celule și astfel traversează peretele vascular. Mărimea spațiului intercelular este reglată de celulele peretelui vascular. Celulele pot, de asemenea, deschide temporar spațiul interstițial astfel încât să permită altor celule (și astfel bacteriilor) să traverseze peretele vascular.
Propulsie puternică și probabilitate mare
Cu ajutorul experimentelor și simulărilor pe computer, cercetătorii ETH Zurich au reușit să demonstreze că propulsarea bacteriilor folosind un câmp magnetic rotativ este eficientă din trei motive.
În primul rând, acest tip de propulsie este deosebit de puternic, permițând bacteriilor să treacă prin spațiile înguste dintre celule deosebit de bine. Conducerea printr-un câmp magnetic rotativ este de zece ori mai puternic decât conducerea unui câmp magnetic static, care dă doar direcția și locul unde bacteriile ar trebui să se miște prin forța proprie.
Al doilea și cel mai critic motiv este că bacteriile conduse de câmpul magnetic rotativ sunt în mod constant în mișcare, călătorind de-a lungul peretelui vascular. Astfel, probabilitatea ca acestea să întâlnească un spațiu care se deschide puțin între celulele peretelui vascular este mai mare decât în cazul altor moduri de propulsie, unde bacteriile se mișcă mai puțin dinamic. Și în al treilea rând, spre deosebire de alte metode, bacteriile nu trebuie urmărite prin imagistică. Odată ce câmpul magnetic este îndreptat către tumoră, bacteriile care trec sunt detectate de câmpul magnetic.
„De asemenea, folosim mișcarea naturală, autonomă, a bacteriilor. Odată ce bacteriile au trecut prin peretele vaselor de sânge și se află în tumoare, ele pot migra în mod independent adânc în interiorul acesteia. Din acest motiv, oamenii de știință folosesc propulsia prin câmpul magnetic extern doar pentru o oră – suficient pentru ca bacteriile să treacă eficient prin peretele vascular și să ajungă la tumoră.”, a explicat Schürle.
Astfel de bacterii ar putea transporta medicamente împotriva cancerului în viitor. În studiile lor de cultură celulară, cercetătorii ETH Zurich au simulat această aplicație prin atașarea lipozomilor (nanosfere de substanțe asemănătoare grăsimilor) la bacterii. Ei au umplut acești lipozomi cu un colorant fluorescent, ceea ce le-a permis să demonstreze că bacteriile și-au livrat într-adevăr „încărcătura” în interiorul țesutului canceros, unde s-a acumulat. În aplicațiile medicale viitoare, lipozomii ar fi umpluți cu un medicament.
Magnetizarea bacteriilor nemagnetice
Cu toate acestea, pentru a folosi 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 pentru tumorile din adâncul corpului. Aici intervine microrobotica profesorului Schürle. „Credem că putem folosi abordarea noastră de inginerie pentru a crește eficacitatea terapiei cancerului bacterian”, a spus ea.
Bacteriile din specia Escherichia coli utilizate în studiile de cancer nu sunt magnetice și, prin urmare, nu pot fi conduse și controlate de un câmp magnetic. Mai mult, magnetismul este un fenomen foarte rar printre bacterii. Magnetospirillum este unul dintre puținele genuri de bacterii care posedă această proprietate. Prin urmare, Schürle vrea să facă și bacteriile E. coli magnetice. Acest lucru ar putea face posibilă, într-o zi, utilizarea unui câmp magnetic pentru a controla bacteriile terapeutice utilizate clinic, care nu au magnetism natural.
Descoperirile au fost publicate recent în Science Robotics.
sursa foto: ETH Zurich
Articol de Cristina Zarioiu
