近日，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的團隊找到了一種讓磁性細菌有效穿過血管壁來對抗腫瘤的方法，即利用經(jīng)過修飾的細菌作為“渡輪”將藥物通過血液輸送到腫瘤。相關(guān)論文以題為“Magnetic torque–driven living microrobots for increased tumor infiltration”發(fā)表在Science Robotics期刊。
血管壁由一層細胞組成，充當血流和腫瘤組織之間的屏障，腫瘤組織被許多小血管滲透。這些細胞之間的狹窄空間允許來自細胞的某些分子穿過血管壁。這些細胞間隙的大小由血管壁的細胞調(diào)節(jié)，它們可以暫時寬到足以讓細菌通過血管壁。
在Simone Schürle的帶領(lǐng)下，研究人員選擇使用由于含有氧化鐵顆粒而具有天然磁性的細菌--Magnetospirillum屬細菌。這些細菌對磁場有反應(yīng)，并且可以通過體外的磁鐵進行控制。
Schürle是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的教授，專注于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的磁操縱技術(shù)。此外，她還是MagnebotiX的聯(lián)合創(chuàng)始人，該公司主要生產(chǎn)和銷售磁場發(fā)生器(MFG)。這些系統(tǒng)能夠產(chǎn)生各種各樣的靜態(tài)或時變磁場，用于研究磁場相關(guān)現(xiàn)象，該公司還開發(fā)磁性微型和納米機器人的應(yīng)用以及其他顯微操作產(chǎn)品。
在細胞培養(yǎng)和小鼠中，Schürle和她的團隊已經(jīng)證明，施加在腫瘤上的旋轉(zhuǎn)磁場可以提高細菌穿過癌細胞生長附近血管壁的能力。在血管壁處，旋轉(zhuǎn)磁場推動細菌以圓周運動向前運動。
在實驗和計算機模擬的幫助下，研究人員能夠證明使用旋轉(zhuǎn)磁場推動細菌是有效的。首先，通過旋轉(zhuǎn)磁場的推進力是通過靜磁場推進的10倍。后者只是設(shè)定方向，細菌必須在自己的力量下移動。
第二個也是最關(guān)鍵的原因是由旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動的細菌不斷運動，沿著血管壁移動。與其他推進類型相比，這使得它們更有可能遇到血管壁細胞之間短暫打開的間隙；第三，與其他方法不同，細菌不需要通過成像進行跟蹤，一旦磁場定位在腫瘤上方，就不需要重新調(diào)整。
“我們也利用了細菌的自然和自主運動，”Schürle解釋說，“一旦細菌穿過血管壁并進入腫瘤內(nèi)部，它們就可以獨立遷移到腫瘤深處。”出于這個原因，團隊通過外部磁場僅使用了一個小時的推進力，就足以讓細菌有效地穿過血管壁并到達腫瘤。
這種細菌將來可能攜帶抗癌藥物。在他們的細胞培養(yǎng)研究中，研究人員通過將脂質(zhì)體（類脂肪物質(zhì)的納米球）附著在細菌上來模擬這種應(yīng)用。團隊利用熒光染料標記脂質(zhì)體，這使他們能夠在培養(yǎng)皿中證明細菌確實將它們的“貨物”遞送到癌組織內(nèi)，并在那里積累。
使用細菌作為藥物的“渡輪”是細菌可以幫助對抗癌癥的兩種方式之一。另一種方法已有100多年的歷史：利用某些細菌的自然傾向來破壞腫瘤細胞，細菌會刺激免疫系統(tǒng)的某些細胞，然后消除腫瘤。
然而，要在癌癥治療中使用細菌的固有特性，這些細菌如何有效到達腫瘤的問題仍然存在。雖然可以將細菌直接注射到身體表面附近的腫瘤中，但這對于身體深處的腫瘤是不可能的。“相信可以使用我們的工程方法來提高細菌癌癥治療的功效。”Schürle表示。
