Magnetbakterid, mis viivad vähivastased ravimid kasvajatesse

Magnetbakterid (hallid) võivad tungida läbi veresoone seina, kasutades kitsaid rakkudevahelisi ruume ning tungida seejärel edasi kasvajatesse. Foto: Yimo Yan / ETH Zurich

Teadlastel on nüüd õnnestunud magnetite abil ja vereringet kasutades viia teatud bakterid koos ravimilaadungiga läbi veresoone seina ja sealt edasi kasvajakudedesse. 

Prof Simone Schürle juhtimisel otsustasid ETH Zürichi teadlased uurida baktereid, mis on nendes sisalduvate raudoksiidi osakeste tõttu magnetiliste omadustega. Need perekonna Magnetospirillum bakterid reageerivad magnetväljadele ja neid saab juhtida magnetitega, mis asuvad väljastpool keha. 

Schürle ja tema meeskond on hiirtel tehtud katsetes näidanud, et pöörlevas magnetväljas on võimalik teha nii, et bakterid suudavad läbida kasvaja lähedal olevate veresoonte seinu. 

Veresoone sein koosneb mitmest rakukihist. Nende rakkude vahel on rakkudevaheline ruum, mida mõned molekulid suudavad läbida ja teised mitte. Läbipääsude suurust reguleerivad veresoone seina rakud ja need võivad olla ajutiselt piisavalt laiad, et isegi bakterid saaksid veresoone seina läbida.

ETH Zürichi teadlased suutsid katsete ja arvutisimulatsioonide abil näidata, et bakterite veresoone seinast "läbilükkamine" pöörleva magnetvälja abil on võimalik kolmel põhjusel. Esiteks on pöörleva magnetvälja tõukejõud kümme korda võimsam kui staatilise magnetvälja tõukejõud. Viimane määrab lihtsalt liikumissuuna ja bakterid peavad liikuma oma jõul.

Teine ja kõige kriitilisem põhjus on see, et pöörleva magnetvälja poolt juhitavad bakterid on pidevas liikumises, liikudes veresoone seina lähedal. See muudab tõenäolisemaks olukorra, kus veresoone seina rakkude vahel lühiajaliselt avanev pilu juhtub olema bakteriga kohakuti. Ning kui pöörlev magnetväli on paigutatud kasvaja kohale, ei pea seda ikka uuesti ja uuesti reguleerima.

"Kasutame nii bakterite loomulikku kui autonoomset liikumist," selgitab Schürle. "Kui bakterid on läbinud veresoonte seina ja on juba kasvajas, võivad nad juba iseseisvalt rännata sügavale selle sisemusse." Sel põhjusel kasutavad teadlased välise magnetvälja tõukejõudu vaid ühe tunni – sellest piisab, et bakterid saaksid tõhusalt läbida veresoonte seina ja jõuda kasvajani.

Bakter kui ravimitranspordi vahend

Sellised bakterid võivad tulevikus kanda vähivastaseid ravimeid. Oma rakukultuuri uuringutes kinnitasid teadlased bakteritele liposoomid (rasvataoliste ainete nanosfäärid). Nad märgistasid need liposoomid fluorestsentsvärviga, mis võimaldas neil Petri tassil näidata, et bakterid olid tõepoolest toimetanud oma "lasti" vähikoe rakkudesse, kuhu see kogunes. Ravitööks täidetakse liposoomid vähivastaste ravimitega.

Baktereid saab kasutada ravimina

Bakterite kasutamine ravimite valmistamiseks on üks kahest viisist, kuidas bakterid võivad vähivastases võitluses aidata. Teine lähenemine on üle saja aasta vana ja praegu uuritakse seda taas intensiivselt - kasutatakse teatud bakteriliikide loomulikku kalduvust kahjustada kasvajarakke. See võib hõlmata mitut mehhanismi. Igal juhul on teada, et bakterid stimuleerivad teatud immuunsüsteemi rakke, mis seejärel kasvaja elimineerivad.

Praegu uuritakse näiteks E. coli bakterite efektiivsust kasvajate vastu. Tänapäeval on võimalik sünteetilise bioloogia abil baktereid muundada, et parandada nende ravitoimet, vähendada kõrvaltoimeid ja muuta need ohutumaks.

Mittemagnetiliste bakterite muutmine magnetilisteks

Kuid bakterite loomupäraste omaduste kasutamiseks on vaja lahendada küsimus, kuidas need bakterid jõuavad tõhusalt kasvajasse. Kuigi baktereid on võimalik süstida otse kehapinna lähedal asuvatesse kasvajatesse, ei ole see võimalik sügaval kehas olevate kasvajate puhul. Siin tulebki appi professor Schürle mikrorobootiline kontroll. „Usume, et saame kasutada oma tehnilist lähenemist bakteriaalse vähiravi tõhususe suurendamiseks,“ ütleb ta.

Vähiuuringutes kasutatud E. coli ei ole magnetiline ja seega ei saa seda magnetväljaga juhtida. Üldiselt on magnetiline reageerimisvõime bakteritel väga haruldane nähtus. Magnetospirillum on üks väheseid bakterite perekondi, millel see omadus on. Schürle tahab seetõttu muuta ka E. coli bakterid magnetiliseks. See võib ühel päeval võimaldada magnetvälja abil kontrollida ka neid ravibaktereid, millel puudub loomulik magnetism.

Uuring avaldati ajakirjas Science Robotics.

Allikas: ETH Zürich, Fabio Bergamin, ETH News.