Исследование борьбы с опухолями с помощью магнитных бактерий

Ученые исследуют, как наиболее эффективно доставлять противораковые препараты к опухолям. Одна из возможностей — использовать модифицированные бактерии в качестве "транспорта" для переноса лекарств через кровоток. Исследователям из ETH Zurich удалось контролировать определенные бактерии так, чтобы они эффективно преодолевали стенку кровеносного сосуда и проникали в опухолевую ткань.

Под руководством профессора Симоны Шюрле исследователи выбрали для работы бактерии рода Magnetospirillum, которые естественным образом являются магнитными благодаря содержащимся в них частицам оксида железа. Эти бактерии реагируют на магнитные поля, и ими можно управлять с помощью магнитов извне тела.

Использование временных промежутков

В культурах клеток и на мышах команда показала, что вращающееся магнитное поле, приложенное в области опухоли, улучшает способность бактерий преодолевать сосудистую стенку вблизи злокачественного роста. У стенки сосуда вращающееся магнитное поле продвигает бактерии вперед по круговой траектории.

Стенка кровеносного сосуда состоит из слоя клеток и служит барьером между кровотоком и тканью опухоли. Узкие пространства между этими клетками позволяют определенным молекулам проходить через стенку. Эти межклеточные пространства могут временно становиться достаточно широкими, чтобы позволить пройти даже бактериям.

Сильное движение и высокая вероятность

Эксперименты и компьютерное моделирование показали, что движение бактерий с помощью вращающегося магнитного поля эффективно по трем причинам:

1. Движение с помощью вращающегося поля в 10 раз мощнее, чем с помощью статического магнитного поля.
2. Бактерии, движимые вращающимся полем, постоянно перемещаются вдоль сосудистой стенки. Это повышает вероятность их встречи с временно открывающимися промежутками между клетками.
3. Не требуется отслеживать бактерии с помощью визуализации. После позиционирования магнитного поля над опухолью его не нужно перенастраивать.

"Груз" накапливается в опухолевой ткани

"Мы также используем естественное и автономное движение бактерий", — объясняет Шюрле. "Как только бактерии преодолевают стенку кровеносного сосуда и оказываются в опухоли, они могут самостоятельно мигрировать вглубь нее". Поэтому ученые используют движение от внешнего магнитного поля всего один час — этого достаточно для эффективного проникновения бактерий через сосудистую стенку.

В будущем такие бактерии могли бы нести противораковые препараты. В исследованиях на культуре клеток ученые смоделировали это применение, прикрепив к бактериям липосомы (наносферы из жироподобных веществ), помеченные флуоресцентным красителем. Это позволило показать, что бактерии действительно доставили свой "груз" внутрь опухолевой ткани, где он накопился.

Бактериальная терапия рака

Использование бактерий в качестве транспорта для лекарств — один из двух подходов в борьбе с раком. Второй, возрождающийся подход столетней давности, — использование естественной склонности некоторых видов бактерий повреждать опухолевые клетки и стимулировать иммунные клетки для устранения опухоли.

Множество исследований сегодня изучают эффективность использования бактерий E. coli против опухолей. Сейчас можно модифицировать бактерии методами синтетической биологии, чтобы оптимизировать их терапевтический эффект и безопасность.

Создание магнитных свойств у немагнитных бактерий

Однако для использования бактерий в терапии остается вопрос эффективной доставки к опухоли. В то время как бактерии можно вводить непосредственно в опухоли у поверхности тела, для глубоко расположенных опухолей это невозможно. Здесь на помощь приходит подход микророботического контроля профессора Шюрле.

E. coli, используемые в онкологических исследованиях, не являются магнитными. Magnetospirillum — один из немногих родов бактерий, обладающих этим свойством. Поэтому Шюрле хочет сделать бактерии E. coli магнитными. Это однажды может позволить использовать магнитное поле для контроля терапевтических бактерий, не обладающих естественным магнетизмом, в клинической практике.