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性肿瘤。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，随后在肿瘤中定植。

世界各地的科学家正在研究抗癌药物如何最有效地到达目标肿瘤。一种可能性是使用改良细菌作为“渡轮”，将药物通过血液输送到肿瘤。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浸润肿瘤组织。

在响应式生物医学系统教授Simone Schürle的带领下，苏黎世联邦理工学院的研究人员选择使用天然磁性细菌，因为它们含有氧化铁颗粒。这些磁螺旋属细菌对磁场有反应，可以由体外磁铁控制;有关此内容的更多信息，请参阅ETH新闻中的较早文章。

利用暂时的空白

在细胞培养物和小鼠中，Schürle和她的团队现在已经证明，施加在肿瘤上的旋转磁场提高了细菌穿过癌变生长附近血管壁的能力。在血管壁上，旋转磁场推动细菌以圆周运动向前移动。

为了更好地理解穿过血管壁的机制，有必要进行详细的研究：血管壁由一层细胞组成，并作为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血管的某些分子穿过血管壁。血管壁的细胞调节这些细胞间空间的大小，它们可以暂时足够宽，甚至允许细菌穿过血管壁。

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，通过旋转磁场推进的推进力是静态磁场推进力的十倍。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，沿着血管壁行进。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，其中细菌的运动较少探索。第三，与其他方法不同，细菌不需要通过成像进行追踪。一旦磁场位于肿瘤上，就不需要重新调整。

“货物”积聚在肿瘤组织中

“我们也利用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，它们就可以独立迁移到其内部深处。出于这个原因，科学家们通过外部磁场使用推进力仅一小时 - 足够长的时间让细菌有效地穿过血管壁并到达肿瘤。

这些细菌将来可以携带抗癌药物。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(脂肪样物质的纳米球)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在癌组织内传递了它们的“货物”，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船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。这可能涉及几种机制。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调查大肠杆菌对肿瘤的功效。今天，有可能使用合成生物学来修饰细菌，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，但对于身体深处的肿瘤来说，这是不可能的。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疗效，”她说。

癌症研究中使用的大肠杆菌没有磁性，因此不能由磁场推动和控制。一般来说，磁响应性在细菌中是一种非常罕见的现象。磁螺旋体是少数具有这种特性的细菌属之一。

因此，Schürle也想使大肠杆菌具有磁性。有朝一日，这有可能使使用磁场来控制没有天然磁性的临床治疗细菌成为可能。

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