Магнитные бактерии как микронасосы

Лекарства от рака имеют побочные эффекты, поэтому в течение многих лет ученые изучали способы как можно точнее транспортировать активные вещества к опухоли в организме. Это единственное место, где должны действовать лекарства. Один из подходов – ввести их в кровоток и контролировать их транспортировку в мелких сосудах в местах опухоли, локально изменяя кровоток с помощью крошечных транспортных средств. Исследовательские лаборатории создали микророботов, форма и движение которых вдохновлены бактериями и достаточно малы, чтобы их можно было вставить в кровеносные сосуды.

Эти микротранспортные средства могут приводиться в движение извне тела с помощью движущегося магнитного поля.

Симона Шюрле, профессор кафедры медицинских наук и технологий, теперь делает еще один шаг: вместо микророботов, вдохновленных бактериями, она хочет использовать настоящие бактерии, обладающие магнитным действием. Ученые обнаружили такие магнитотаксические бактерии в море 45 лет назад. Эти микроорганизмы поглощают растворенное в воде железо; кристаллы оксида железа образуются внутри и выстраиваются в ряд. Подобно стрелке компаса, эти бактерии выравниваются с магнитным полем Земли, поэтому они могут ориентироваться в воде.

Точное управление с помощью магнитных полей

Профессор ETH Шюрле и ее команда исследовали, как использовать магнитное поле для борьбы с этими бактериями в лаборатории, чтобы управлять потоком жидкостей контролируемым образом. В своих экспериментах они применяли только относительно слабые вращающиеся магнитные поля, чтобы вращать бактерии в желаемых направлениях. А с множеством бактерий в рое оказалось возможным перемещать окружающую их жидкость. Бактерии производят эффект, аналогичный микронасосу, то есть они способны перемещать активные вещества, присутствующие в жидкости, в разных направлениях, например, из кровотока в опухолевую ткань. Используя наложенные магнитные поля, которые локально усиливают или нейтрализуют друг друга, эта накачивающая активность может быть ограничена небольшой областью с очень высокой точностью, как команда Шюрле смогла продемонстрировать при моделировании.

Более того, этот принцип можно использовать вне организма, чтобы смешивать разные жидкости локально друг с другом в очень маленьких сосудах без необходимости изготовления и управления механическими микронасосами.

«Одним из основных преимуществ бактерий перед микророботами является то, что их легко производить. Мы можем просто выращивать их в биореакторах», – говорит Шюрле.

Мертвый или живой

Их работа в первую очередь сосредоточена на исследовании подхода и описании того, как бактерии могут контролировать поток. Прежде чем такие бактерии могут быть использованы в организме человека, необходимо сначала изучить их безопасность. Однако внесение бактерий в организм по медицинским причинам – это подход, который наука уже применяет под термином «живые терапевтические средства», хотя и с другими типами бактерий, такими как кишечная палочка.

Также должна быть возможность использовать неприродные бактерии для будущих медицинских применений. Синтетическая биология может быть использована для создания бактерий, которые обладают оптимизированными функциональными свойствами и безопасны для использования в организме человека, например, не вызывая аллергических реакций. Шюрле предлагает лечение с использованием бактерий, которые уничтожаются до того, как они попадают в организм, а также лечение с использованием живых бактерий.

Точный контроль за счет самодвижения

В течение нескольких десятилетий также было известно, что определенные типы анаэробных бактерий (которым для роста не требуется кислород) предпочтительно накапливаются в опухолях больных раком. Другими словами, эти бактерии, естественно, предпочитают условия с низким содержанием кислорода в опухолях, а не в остальной части тела. Хотя это было исследовано на бактериях, отличных от тех, которые использовались командой Шюрле, синтетическая биология может быть использована для объединения преимуществ нескольких видов бактерий. Это может привести к развитию бактерий, которые приближаются к опухоли с помощью собственных жгутиков (хлыстоподобных придатков), а затем могут точно транспортироваться глубоко в ткань опухоли с помощью внешних магнитных сил.


Источник истории:

Материалы предоставлены ETH Zurich . Оригинал написан Фабио Бергамином. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.