Микророботы на основе бактерий помогут в лечении рака

Ученые из Института интеллектуальных систем Макса Планка (Германия) разработали для терапии рака микророботов на основе кишечной палочки. К поверхности бактерий авторы прикрепили нанолипосомы, в которых содержится химиотерапевтический препарат, и магнитные наночастицы, с помощью которых можно управлять направлением движения бактерий. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Кишечная палочка (E. coli) — бактерия, которая может выживать в различных условиях. Она способна передвигаться в разных средах: и в жидкостях, и в вязких тканях. Кроме того, E. coli обладает хорошей чувствительностью к факторам окружающей среды. Например, она может ощущать градиент концентрации кислорода и уровня pH. Поэтому бактерии скапливаются в зонах с низким уровнем кислорода и с кислой реакцией среды. К таким зонам относится область возле раковой опухоли. В настоящее время использование бактерий считается перспективным подходом к лечению опухолей. Микроорганизмы могут с легкостью добраться до опухоли, и их присутствие может активировать иммунную систему.

Ученые разработали микророботов на основе кишечной палочки. К ее поверхности они прикрепляли различные наночастицы. Частицы и мембрана бактерии связывались посредством комплекса белка стрептавидина и биотина, который отличается высокой прочностью. На поверхность микроорганизмов нанесли нанолипосомы — частицы, которые имеют липидный бислой, подобный клеточной мембране. В этой мембране содержался индоцианин зеленый — краситель. Его особенность заключается в том, что он плавится под действием инфракрасного излучения, благодаря чему высвобождается содержимое липосом. В самих частицах находился водорастворимый химиотерапевтический препарат — доксорубицин. Во-вторых, к мембране бактерий прикрепили магнитные наночастицы на основе оксида железа. Это позволило контролировать движение бактерий с помощью внешнего магнитного поля. Исследователям удалось достигнуть высокой плотности нанесения этих частиц на поверхность бактерий. По их расчетам, в полученных образцах 86 из 100 бактерий имели на своей мембране как нанолипосомы, так и магнитные наночастицы.

Далее ученые провели несколько опытов, в которых показали возможности новых микророботов. В качестве модели опухоли использовали сфероиды — агрегаты клеток. Бактерии успешно продвигались как сквозь узкие каналы, имитирующие сосуды, так и через вязкий коллагеновый гель, имитирующий ткань. В последнем случае ученые меняли уровень вязкости геля. Оказалось, что при большой вязкости скорость продвижения бактерий значительно замедляется. Однако при приложении внешнего магнитного поля их можно сильно ускорить.

Когда микророботы на основе E. coli оказываются в области опухоли, ткани обрабатывают инфракрасным лазером, из-за чего они нагреваются до 55 °С. Благодаря этому распадаются нанолипосомы, высвобождается их содержимое. Кроме того, они разлагаются в кислой среде, которая окружает опухоль. Таким образом, новая система играет двойную роль: не только активирует иммунную систему за счет присутствия бактерий, но и доставляет агенты для химиотерапии точно в опухоль. Исследователи отметили, что разработанная ими технология минимально инвазивна, безболезненна, не имеет токсических эффектов.

Ученые из Института интеллектуальных систем Макса Планка (Германия) разработали для терапии рака микророботов на основе кишечной палочки. К поверхности бактерий авторы прикрепили нанолипосомы, в которых содержится химиотерапевтический препарат, и магнитные наночастицы, с помощью которых можно управлять направлением движения бактерий. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Кишечная палочка (E. coli) — бактерия, которая может выживать в различных условиях. Она способна передвигаться в разных средах: и в жидкостях, и в вязких тканях. Кроме того, E. coli обладает хорошей чувствительностью к факторам окружающей среды. Например, она может ощущать градиент концентрации кислорода и уровня pH. Поэтому бактерии скапливаются в зонах с низким уровнем кислорода и с кислой реакцией среды. К таким зонам относится область возле раковой опухоли. В настоящее время использование бактерий считается перспективным подходом к лечению опухолей. Микроорганизмы могут с легкостью добраться до опухоли, и их присутствие может активировать иммунную систему.

Ученые разработали микророботов на основе кишечной палочки. К ее поверхности они прикрепляли различные наночастицы. Частицы и мембрана бактерии связывались посредством комплекса белка стрептавидина и биотина, который отличается высокой прочностью. На поверхность микроорганизмов нанесли нанолипосомы — частицы, которые имеют липидный бислой, подобный клеточной мембране. В этой мембране содержался индоцианин зеленый — краситель. Его особенность заключается в том, что он плавится под действием инфракрасного излучения, благодаря чему высвобождается содержимое липосом. В самих частицах находился водорастворимый химиотерапевтический препарат — доксорубицин. Во-вторых, к мембране бактерий прикрепили магнитные наночастицы на основе оксида железа. Это позволило контролировать движение бактерий с помощью внешнего магнитного поля. Исследователям удалось достигнуть высокой плотности нанесения этих частиц на поверхность бактерий. По их расчетам, в полученных образцах 86 из 100 бактерий имели на своей мембране как нанолипосомы, так и магнитные наночастицы.

Далее ученые провели несколько опытов, в которых показали возможности новых микророботов. В качестве модели опухоли использовали сфероиды — агрегаты клеток. Бактерии успешно продвигались как сквозь узкие каналы, имитирующие сосуды, так и через вязкий коллагеновый гель, имитирующий ткань. В последнем случае ученые меняли уровень вязкости геля. Оказалось, что при большой вязкости скорость продвижения бактерий значительно замедляется. Однако при приложении внешнего магнитного поля их можно сильно ускорить.

Когда микророботы на основе E. coli оказываются в области опухоли, ткани обрабатывают инфракрасным лазером, из-за чего они нагреваются до 55 °С. Благодаря этому распадаются нанолипосомы, высвобождается их содержимое. Кроме того, они разлагаются в кислой среде, которая окружает опухоль. Таким образом, новая система играет двойную роль: не только активирует иммунную систему за счет присутствия бактерий, но и доставляет агенты для химиотерапии точно в опухоль. Исследователи отметили, что разработанная ими технология минимально инвазивна, безболезненна, не имеет токсических эффектов.