研究人员研究用磁性细菌对抗肿瘤

世界各地的科学家正在研究抗癌药物如何最有效地到达他们所针对的肿瘤。一种可能性是使用经过修饰的细菌作为“渡轮”将药物通过血流运送到肿瘤。苏黎世联邦理工学院的研究人员现已成功控制某些细菌，使它们能够有效地穿过血管壁并浸润肿瘤组织。

在响应性生物医学系统教授SimoneSchürle的带领下，苏黎世联邦理工学院的研究人员选择研究由于含有氧化铁颗粒而具有天然磁性的细菌。Magnetospirillum属的这些细菌对磁场有反应，并且可以通过体外的磁铁进行控制。

利用临时差距

在细胞培养和小鼠中，Schürle和她的团队现在已经证明，施加在肿瘤上的旋转磁场可以提高细菌穿过癌细胞生长附近血管壁的能力。在血管壁处，旋转磁场推动细菌以圆周运动向前运动。

为了更好地了解穿过血管壁的机制是如何工作的，有必要详细了解一下：血管壁由一层细胞组成，充当血流和肿瘤组织之间的屏障，肿瘤组织被许多小血管渗透.这些细胞之间的狭窄空间允许来自细胞的某些分子穿过血管壁。这些细胞间隙的大小由血管壁的细胞调节，它们可以暂时变得足够宽，甚至可以让细菌通过血管壁。

强大的推进力和高概率

在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证明使用旋转磁场推动细菌是有效的，原因有三个。首先，通过旋转磁场的推进力比通过静磁场的推进力强十倍。后者只是设定方向，细菌必须在自己的力量下移动。

第二个也是最关键的原因是由旋转磁场驱动的细菌不断运动，沿着血管壁移动。与其他推进类型相比，这使得它们更有可能遇到血管壁细胞之间短暂打开的间隙，其中细菌的运动不太具有探索性。第三，与其他方法不同，细菌不需要通过成像进行跟踪。一旦磁场定位在肿瘤上方，就不需要重新调整。

“货物”积聚在肿瘤组织中

“我们也利用了细菌的自然和自主运动，”Schürle解释说。“一旦细菌穿过血管壁并进入肿瘤内，它们就可以独立迁移到肿瘤内部深处。”出于这个原因，科学家们通过外部磁场仅使用了一个小时的推进力——这足以让细菌有效地穿过血管壁并到达肿瘤。

这种细菌将来可能携带抗癌药物。在他们的细胞培养研究中，苏黎世联邦理工学院的研究人员通过将脂质体(类脂肪物质的纳米球)附着在细菌上来模拟这种应用。他们用荧光染料标记这些脂质体，这使他们能够在培养皿中证明细菌确实将它们的“货物”运送到癌组织内，并在那里积累。在未来的医学应用中，脂质体将充满药物。

细菌性癌症治疗

使用细菌作为药物的渡轮是细菌可以帮助对抗癌症的两种方式之一。另一种方法已有一百多年的历史，目前正在复兴：利用某些细菌的自然倾向来破坏肿瘤细胞。这可能涉及多种机制。无论如何，众所周知，细菌会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研究使用大肠杆菌对抗肿瘤的功效。今天，可以使用合成生物学修饰细菌以优化其治疗效果、减少副作用并使其更安全。

使非磁性细菌具有磁性

然而，要在癌症治疗中使用细菌的固有特性，这些细菌如何有效到达肿瘤的问题仍然存在。虽然可以将细菌直接注射到身体表面附近的肿瘤中，但这对于身体深处的肿瘤是不可能的。这就是Schürle教授的微型机器人控制的用武之地。“我们相信我们可以使用我们的工程方法来提高细菌癌症治疗的功效，”她说。

癌症研究中使用的大肠杆菌没有磁性，因此不能被磁场推动和控制。一般来说，磁反应在细菌中是一种非常罕见的现象。Magnetospirillum是少数具有这种特性的细菌属之一。

因此，Schürle也想让大肠杆菌具有磁性。有朝一日，这可能使使用磁场来控制临床上使用的没有天然磁性的治疗细菌成为可能。