Combattere i tumori con batteri magnetici
I ricercatori dell'ETH di Zurigo vogliono usare i batteri magnetici per combattere i tumori cancerosi. Hanno ora trovato un modo per far penetrare i microrganismi nella parete dei vasi sanguigni e poi colonizzare un tumore.
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Gli scienziati di tutto il mondo stanno studiando come i farmaci antitumorali possano raggiungere nel modo più efficiente i tumori dove dovrebbero fare effetto. Una possibilità è quella di utilizzare batteri modificati come traghetti che trasportano i farmaci attraverso il flusso sanguigno fino ai tumori. I ricercatori dell'ETH di Zurigo sono ora riusciti a controllare alcuni batteri in modo che possano penetrare efficacemente la parete dei vasi sanguigni ed entrare nel tessuto tumorale.
I ricercatori guidati da Simone Schürle, professoressa di sistemi biomedici reattivi, hanno utilizzato come batteri modello dei batteri che sono naturalmente magnetici perché contengono particelle di ossido di ferro. Questi batteri del genere Magnetospirillo reagiscono ai campi magnetici e possono essere controllati dall'esterno del corpo con dei magneti. articoli precedenti su l'ETH News.
Sfruttare i vuoti temporanei
Schürle e il suo team hanno ora dimostrato in coltura cellulare e nei topi che un campo magnetico rotante diretto verso il tumore è particolarmente adatto a far penetrare i batteri nella parete del vaso sanguigno vicino al tumore. Sulla parete del vaso, il campo magnetico rotante spinge i batteri a un movimento rotatorio in avanti.
Per comprendere meglio la penetrazione della parete vascolare, è necessario un esame dettagliato: la parete vascolare è la barriera tra il flusso sanguigno e il tessuto tumorale, attraversata da molti vasi sanguigni sottili. ? costituita da uno strato di cellule. Alcune molecole provenienti dal flusso sanguigno possono scivolare attraverso gli spazi stretti tra le cellule e quindi attraversare la parete vascolare. La dimensione dello spazio intercellulare è regolata dalle cellule della parete vascolare. Temporaneamente, le cellule possono anche aprire lo spazio intercellulare così tanto da permettere ad altre cellule (e quindi anche ai batteri) di attraversare la parete vascolare.
Potente propulsione e alta probabilità
Ci sono tre ragioni per cui i batteri sono spinti da un campo magnetico rotante, come i ricercatori dell'ETH sono riusciti a dimostrare con esperimenti e simulazioni al computer. In primo luogo, questo tipo di propulsione è particolarmente forte, in modo che i batteri riescano a infilarsi particolarmente bene negli spazi stretti tra le cellule. La propulsione tramite un campo magnetico rotante è dieci volte più forte di quella tramite un campo magnetico statico, che determina solo la direzione e in cui i batteri devono muoversi con le proprie forze.
In secondo luogo, i batteri guidati dal campo rotante sono costantemente in movimento e danzano lungo la parete del vaso sanguigno. Di conseguenza, la probabilità che incontrino uno spazio che si apre brevemente tra le cellule della parete del vaso è più alta rispetto agli altri tipi di propulsione, in cui i batteri si muovono in modo meno dinamico. In terzo luogo, a differenza di altri metodi, i batteri non devono essere seguiti tramite immagini. Una volta che il campo magnetico è allineato con il tumore, i batteri che passano vengono catturati dal campo magnetico.
Cargo arricchito nel tessuto tumorale
"Sfruttiamo anche il movimento naturale e autonomo dei batteri", spiega l'ETH Schürle. "Una volta che i batteri hanno attraversato la parete del vaso sanguigno e si trovano all'interno del tumore, possono penetrare autonomamente in profondità". Gli scienziati hanno quindi utilizzato il campo magnetico esterno solo per un'ora per consentire ai batteri di superare efficacemente la parete del vaso e raggiungere il tumore.
In futuro, questi batteri potrebbero essere caricati con farmaci antitumorali. Nell'ambito dei loro studi sulle colture cellulari, i ricercatori dell'ETH hanno simulato questa possibilità utilizzando dei liposomi (nanobolle fatte di sostanze simili al grasso), che hanno allegato ai batteri. Questi liposomi sono stati riempiti con un colorante fluorescente. In questo modo, gli scienziati hanno potuto dimostrare nella piastra di Petri che i batteri hanno effettivamente trasportato il loro carico all'interno del tessuto canceroso, dove si è accumulato. In una futura applicazione medica, al posto del colorante verrebbe utilizzato un farmaco.
Terapia batterica del cancro
L'approccio seguito in questo caso, che consiste nell'utilizzare i batteri come traghettatori di sostanze attive, è solo una delle due possibilità di impiego dei batteri nella medicina oncologica. Nella scienza, un altro approccio che ha più di cento anni sta attualmente vivendo un revival: i batteri di alcune specie possono danneggiare i tumori. ? possibile che siano coinvolti diversi meccanismi d'azione. In ogni caso, è noto che i batteri stimolano alcune cellule del sistema immunitario, che poi agiscono contro il tumore.
"Pensiamo di poter aumentare l'efficacia della terapia batterica del cancro con il nostro approccio ingegneristico".Simone Schürle
Attualmente sono in corso diversi progetti di ricerca che studiano l'efficacia dei batteri della specie Escherichia coli contro i tumori. Oggi è possibile modificare i batteri con la biologia sintetica per ottimizzarne l'effetto terapeutico, ridurre gli effetti collaterali e aumentare la sicurezza.
Magnetizzare i batteri non magnetici
Tuttavia, anche se le proprietà intrinseche dei batteri devono essere utilizzate nella terapia del cancro, si pone il problema di come questi batteri possano raggiungere efficacemente un tumore. Nel caso di tumori cancerosi vicini alla superficie del corpo, è possibile iniettare i batteri nel tumore. Questo è difficile per i tumori che si trovano in profondità nel corpo. ? qui che entra in gioco la microrobotica del professor Schürle dell'ETH. "Pensiamo di poter aumentare l'efficacia della terapia batterica contro il cancro con il nostro approccio ingegneristico", afferma.
I batteri delle specie utilizzate negli studi sul cancro Escherichia colinon sono magnetici e quindi non possono essere guidati e controllati da un campo magnetico. In effetti, il magnetismo è un fenomeno molto raro tra i batteri. Magnetospirillo è uno dei pochi generi batterici a possedere questa proprietà.
Schürle vorrebbe quindi anche Escherichia coli-Rendere magnetici i batteri. Questo potrebbe un giorno rendere possibile il controllo di batteri efficaci dal punto di vista medico senza il magnetismo naturale Chi siamo.
Letteratura di riferimento
Gwisai T, Mirkhani N, Christiansen MG, Nguyen TT, Ling V, Schuerle S: Magnetic torque-driven living microrobots for increased tumour infiltration, Science Robotics 26 ottobre 2022, doi: pagina esterna10.1126/scirobotics.abo0665