用磁性细菌对抗肿瘤

苏黎世联邦理工学院的研究人员正计划使用磁性细菌来对抗癌症肿瘤。他们现在已经找到了一种方法，让这些微生物有效地穿过血管壁，然后在肿瘤上定植。

　　

   

   

图片:磁性细菌(灰色)可以挤过狭窄的细胞间隙，穿过血管壁，浸润肿瘤。      

世界各地的科学家都在研究抗癌药物如何最有效地到达目标肿瘤。一种可能是使用改造过的细菌作为“渡船”，将药物通过血液运送到肿瘤。苏黎世联邦理工学院的研究人员现在已经成功地控制了某些细菌，使它们能够有效地穿过血管壁并渗透到肿瘤组织中。

在响应生物医学系统的Simone Schürle教授的领导下，苏黎世联邦理工学院的研究人员选择了一种细菌，这种细菌由于含有氧化铁颗粒而具有天然的磁性。这些属的细菌Magnetospirillum对磁场有反应，可由体外磁铁控制;更多相关信息，请参见ETH News的早期文章[https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/12/magnetic-bacteria-as-micropumps.html]。

利用暂时的空白  

在细胞培养和小鼠中，Schürle和她的团队现在已经证明，在肿瘤上施加旋转磁场可以提高细菌穿过癌生长部位附近血管壁的能力。在血管壁处，旋转磁场推动细菌作圆周运动前进。

为了更好地理解跨越血管壁的工作机制，有必要进行详细的观察:血管壁由一层细胞组成，是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某些分子通过血管壁。这些细胞间隙的大小是由血管壁的细胞调节的，它们可以暂时足够宽，甚至允许细菌通过血管壁。

推进力强，概率高  

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。首先，通过旋转磁场的推进力是通过静态磁场推进力的十倍。后者只是设定了方向，细菌必须依靠自己的力量移动。

第二个也是最关键的原因是，细菌在旋转磁场的驱动下不断运动，沿着血管壁移动。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，与其他推进类型相比，在其他推进类型中，细菌的运动不太探索。第三，与其他方法不同的是，细菌不需要通过成像来追踪。一旦磁场定位在肿瘤上，它就不需要重新调整。

“货物”堆积在肿瘤组织中  

“我们也利用了细菌的自然和自主运动，”Schürle解释道。“一旦细菌穿过血管壁进入肿瘤，它们就可以独立地向肿瘤内部深处迁移。”由于这个原因，科学家们使用外部磁场的推进只持续了一个小时——足够让细菌有效地穿过血管壁到达肿瘤。

这种细菌未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)附着在细菌上模拟了这种应用。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”运送到了癌变组织中，并在那里积累。在未来的医疗应用中，脂质体将被药物填充。

细菌的癌症治疗  

利用细菌作为药物的转运工具是细菌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:利用某些种类的细菌的天然倾向来破坏肿瘤细胞。这可能涉及到几种机制。在任何情况下，已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大肠杆菌细菌对肿瘤。今天，利用合成生物学修饰细菌是可能的，以优化它们的治疗效果，减少副作用，并使它们更安全。

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，这些细菌如何有效地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，但这对身体深处的肿瘤来说是不可能的。这就是Schürle教授的微型机器人控制的用武之地。她说:“我们相信我们可以用我们的工程方法来提高细菌癌症治疗的疗效。”

大肠杆菌用于癌症研究的是没有磁性的，因此不能被磁场推动和控制。一般来说，细菌的磁性反应性是一种非常罕见的现象。Magnetospirillum是为数不多的具有这种特性的细菌属之一。

Schürle因此想做大肠杆菌细菌也具有磁性。有一天，这可能使利用磁场来控制临床使用的治疗性细菌成为可能，这些细菌没有自然磁性。

文章标题

Magnetic torque-driven living microrobots for increased tumor infiltration