Las bacterias magnéticas (grises) pueden atravesar espacios intercelulares estrechos para atravesar las paredes de los vasos sanguíneos e infiltrarse en los tumores. Crédito: Yimo Yan / ETH Zúrich
Los investigadores están trabajando para determinar la mejor forma en que los medicamentos contra el cáncer lleguen a los tumores que deben tratar. Una opción es utilizar bacterias modificadas como “transbordadores” para transportar medicamentos a los tumores a través del torrente sanguíneo. Los investigadores de ETH Zurich ahora han logrado controlar ciertas bacterias de tal manera que pueden cruzar la pared de los vasos sanguíneos e infiltrarse en el tejido tumoral.
Los investigadores de ETH Zurich, dirigidos por Simone Schürle, profesora de sistemas biomédicos sensibles, optaron por experimentar con bacterias que son intrínsecamente magnéticas debido a las partículas de óxido de hierro que contienen. Estas Magnetoespirilla las bacterias reaccionan a los campos magnéticos y pueden ser manipuladas por imanes externos.
Explotar brechas temporales
Schürle y sus colegas ahora han demostrado en cultivos celulares y ratones que aplicar un campo magnético giratorio al tumor estimula la capacidad de las bacterias para cruzar la pared vascular alrededor del crecimiento canceroso. El campo magnético giratorio impulsa a las bacterias hacia adelante en un movimiento circular al nivel de la pared vascular.
Pour mieux comprendre le mécanisme de franchissement de la paroi vasculaire, un examen détaillé est nécessaire : la paroi des vaisseaux sanguins est constituée d’une couche de cellules et sert de barrière entre la circulation sanguine et le tissu tumoral, qui est imprégné de nombreux petits vasos sanguíneos. Los espacios estrechos entre estas células permiten que ciertas moléculas atraviesen la pared vascular. El tamaño de estos espacios intercelulares está regulado por las células de la pared del vaso, y pueden ser lo suficientemente anchos temporalmente como para permitir que las bacterias atraviesen la pared del vaso.
Fuerte propulsión y alta probabilidad.
Usando experimentos y simulaciones por computadora, los investigadores de ETH Zurich pudieron demostrar que impulsar bacterias usando un campo magnético giratorio es efectivo por tres razones. En primer lugar, la propulsión mediante un campo magnético giratorio es diez veces más potente que la propulsión mediante un campo magnético estático. Este último solo fija la dirección y las bacterias deben moverse por sí solas.
La segunda y más crítica razón es que las bacterias impulsadas por el campo magnético giratorio están en constante movimiento, moviéndose a lo largo de la pared vascular. Esto los hace más propensos a encontrar los espacios que se abren brevemente entre las células de la pared vascular en comparación con otros tipos de propulsión, en los que el movimiento de las bacterias es menos exploratorio. Y tercero, a diferencia de otros métodos, no es necesario rastrear las bacterias mediante imágenes. Una vez que el campo magnético se coloca sobre el tumor, no es necesario reajustarlo.
El “cargamento” se acumula en el tejido tumoral
“También utilizamos la locomoción natural y autónoma de las bacterias”, explica Schürle. “Una vez que las bacterias han cruzado la pared de los vasos sanguíneos y están en el tumor, pueden migrar de forma independiente hacia su interior”. Por esta razón, los científicos usan la propulsión a través del campo magnético externo durante solo una hora, el tiempo suficiente para que las bacterias atraviesen de manera eficiente la pared del vaso y alcancen el tumor.
Estas bacterias podrían transportar medicamentos contra el cáncer en el futuro. En sus estudios de cultivos celulares, los investigadores de ETH Zurich simularon esta aplicación uniendo liposomas (nanoesferas de sustancias grasas) a bacterias. Marcaron estos liposomas con un tinte fluorescente, lo que les permitió demostrar en la placa de Petri que la bacteria efectivamente había entregado su “carga” dentro del tejido canceroso, donde se acumuló. En futuras aplicaciones médicas, los liposomas se rellenarían con un fármaco.
Terapia del cáncer bacteriano
El uso de bacterias como transbordadores de medicamentos es una de las dos formas en que las bacterias pueden ayudar a combatir el cáncer. El otro enfoque tiene más de un siglo y actualmente está experimentando un renacimiento: utilizar la propensión natural de ciertas especies de bacterias a dañar las células tumorales. Esto puede implicar varios mecanismos. En cualquier caso, sabemos que las bacterias estimulan ciertas células del sistema inmunitario, que luego eliminan el tumor.
Muchos proyectos de investigación están investigando actualmente la eficacia de E. coli bacterias contra tumores. Hoy en día, es posible modificar bacterias mediante biología sintética para optimizar su efecto terapéutico, reducir los efectos secundarios y hacerlas más seguras.
Hacer que las bacterias no magnéticas sean magnéticas
Sin embargo, para utilizar las propiedades inherentes de las bacterias en el tratamiento del cáncer, permanece la cuestión de cómo estas bacterias pueden llegar efectivamente al tumor. Si bien es posible inyectar la bacteria directamente en los tumores cerca de la superficie del cuerpo, esto no es posible para los tumores que se encuentran en el interior del cuerpo. Aquí es donde entra en juego el control microrobótico del profesor Schürle. “Creemos que podemos utilizar nuestro enfoque de ingeniería para aumentar la eficacia de la terapia contra el cáncer bacteriano”, dice ella.
E. coli utilizado en estudios de cáncer no es magnético y, por lo tanto, no puede ser impulsado ni controlado por un campo magnético. En general, la reactividad magnética es un fenómeno muy raro en las bacterias. Magnetoespirilla es uno de los pocos géneros de bacterias que poseen esta propiedad.
Schürle, por lo tanto, también quiere hacer que la bacteria E. coli sea magnética. Algún día, esto podría hacer posible el uso de un campo magnético para controlar las bacterias terapéuticas utilizadas clínicamente que no tienen magnetismo natural.
Referencia: “Microrobots vivos acoplados magnéticamente para aumentar la infiltración de tumores” por T. Gwisai, N. Mirkhani, MG Christiansen, TT Nguyen, V. Ling y S. Schuerle, 26 de octubre de 2022, Robótica científica.
DOI: 10.1126/scirobotics.abo0665
