全世界的科学家正在研究抗癌药物如何最有效地达到他们目标的肿瘤。一种可能性是利用改造过的细菌“渡船”携带的药物在血液中肿瘤。苏黎世联邦理工学院的研究人员已经成功地控制某些细菌,这样他们可以有效地穿过血管壁和渗透肿瘤组织。
教授由西蒙Schurle响应生物医学系统,苏黎世联邦理工学院的研究人员选择与细菌自然磁性是由于它们含有氧化铁粒子。这些细菌的属Magnetospirillum对磁场的磁铁,可以控制在体外;早些时候更多,看到一个文章ETH新闻[https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html]。
利用暂时的空白
在细胞培养和老鼠,Schurle和她的团队已经表明旋转磁场应用于肿瘤提高了细菌的能力穿过血管壁附近的癌细胞增长。在血管壁,旋转磁场向前推动细菌在一个圆周运动。
为了更好地理解穿过血管壁的机制,详细看是必要的:血管壁由一层细胞,是血液和肿瘤组织之间的屏障,这是由许多小血管渗透。这些细胞之间的狭窄空间允许的某些分子穿过血管壁。这些细胞间的空间多大是由血管壁的细胞,甚至他们可以暂时宽足以让细菌通过血管壁。
强有力的推进和高概率
实验和计算机模拟的帮助下,苏黎世联邦理工学院的研究人员能够表明,推动细菌使用旋转磁场是有效的原因有三。第一,推进通过旋转磁场是十倍推进通过静态磁场。后者仅仅设置方向和细菌在他们自己的权力。
第二个最重要的原因是细菌由旋转磁场不断运动,旅行沿着血管壁。这使得它们更有可能遇到短暂开放血管壁细胞之间的差距比其他类型的推进,细菌的运动是探究的。第三,与其他方法不同,细菌不需要通过成像跟踪。一旦磁场定位肿瘤,它不需要调整。
“货物”在肿瘤组织中积累
“我们利用细菌的自然和自主运动,“Schurle解释道。“一旦细菌通过血管壁和肿瘤,他们可以独立深入其内部迁移。“出于这个原因,科学家们用推进通过外部磁场只是一小时——足以使细菌有效通过血管壁,到达肿瘤。
在未来这种细菌可以携带抗癌药物。在他们的细胞培养的研究中,苏黎世联邦理工学院的研究人员模拟这个应用程序通过将脂质体(含脂肪物质的团簇)的细菌。他们用荧光染料标记这些脂质体,允许他们证明细菌的培养皿中确实发表了他们的“货物”在癌组织内,积累。在未来医疗应用程序中,脂质体是充满了一种药物。
细菌的癌症治疗
用细菌作为药物的渡轮是两种方式,细菌可以帮助对抗癌症。另一种方法已经有一百多年的历史了,目前正在经历复兴:使用的自然倾向某些种类的细菌破坏肿瘤细胞。这可能涉及到几种机制。在任何情况下,众所周知,细菌刺激免疫系统的某些细胞,然后消除肿瘤。
多个研究项目目前正在调查的功效大肠杆菌细菌对肿瘤。今天,它是可能的修改细菌利用合成生物学来优化他们的治疗效果,减少副作用,使他们更安全。
在非磁性细菌磁
还在癌症治疗中使用细菌固有的属性,这些细菌如何达到肿瘤的问题仍然有效。虽然可以将细菌直接注入肿瘤表面附近的身体,这是不可能的肿瘤在体内深处。这就是教授Schurle microrobotic控制。“我们相信我们可以使用工程方法增加细菌癌症治疗的疗效,”她说。
大肠杆菌用于癌症研究不是磁,从而不能推动,由磁场控制。一般来说,细菌之间的磁响应性是一种非常罕见的现象。Magnetospirillum是为数不多的几个属的细菌有这个属性。
Schurle因此想让大肠杆菌细菌磁。这可能有一天能够使用磁场来控制临床用于治疗细菌没有自然的磁性。
参考:Gwisai T, Mirkhani N,克里斯琴森毫克,阮TT,凌V, Schuerle s磁torque-driven生活微型机器人增加肿瘤的浸润。Sci的机器人。2022;7 (71):eabo0665。doi:10.1126 / scirobotics.abo0665
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