Как бактерии, ориентиращи се според магнитното поле на Земята, могат да бъдат използвани за лечение на онкологични заболявания?

Реейки се в небесната шир, спускайки се към храна или мигрирайки при смяна на сезоните, птиците би трябвало да разчитат на надежден ориентир – и това е магнитното поле на Земята. Подобен вроден компас имат и мравките, рибите, вероятно и други животни – но много преди тях на него разчитат бактериите. Т.нар. магнетотактични бактерии са се установили в сладководните и соленоводните басейни по целия свят и използват капсулирани в мембрана кристали от железни съединения, за да се приведат в съответствие и да се движат спрямо магнитното поле. Днес тези микроорганизми представляват силен интерес, тъй като науката открива в тях потенциал способностите им да бъдат използвани при лечение на трудни за третирани онкологични заболявания. Един от актуалните проекти в тази област – MagBIO – се реализира в университета „Астън“ (Aston University) в Бирмингам, Великобритания. Каква е идеята на д-р Алфред Фернандес-Кастан и неговия екип от 67 изследователи, които разработват живи „магнитоботи“, борещи се с рака? Нека видим.

Какво представляват магнетотактичните бактерии?

Както посочихме, магнитотактичните бактерии се откриват естествено в езера, реки, седименти и други среди с ниско съдържание на кислород. Те имат способността да синтезират вътрешно магнитозома – наночастица от железни съединения (Fe₃O₄ и Fe₃S₄) с диаметър 30–120 nm, затворена в мембрана. Магнитозомите се подреждат във верига по дължина на клетката и действат като стрелка на компас, като подравняват бактерията по линиите на магнитното поле и му позволяват да плува към места с по-ниски концентрации на кислород. Учените предполагат, че тази уникална способност може да има и други функции – например защита от неблагоприятни фактори на околната среда, надмощие над други видове микроорганизми и т.н., но все още изследванията не са достатъчно задълбочени.

Към момента обаче е установено със сигурност, че магнитотактичните бактерии имат огромен потенциал в биомедицинските и биотехнологичните приложения.

Магниботите и техния потенциал за борба с коварни онкозаболявания

Инженерното предизвикателство в случая е да се пренасочи естествената навигационна способност на този вид бактерии към откриването на тумори в човешкия организъм. Така например под въздействието на променливо магнитно поле, магнитните частици в микроорганизмите биха могли да генерират топлина, която да унищожава туморните образувания.

Друга цел на съвременните разработки е бактериите да се „заредят“ с полезни товари – противоракови или имуностимулиращи медикаменти, и след това да бъдат насочени прецизно, отново чрез външни магнитни полета, до мястото, където са необходими. Същевременно те могат да бъдат проследявани с помощта на образна диагностика, например ядрено-магнитен резонанс. Тази комбинация от диагностично изобразяване и таргетирана терапия е известна като тераностика, а самите модифицирани микроорганизми – магнитоботи.

Проектът в университета „Астън“ се фокусира и върху биологичното „производство“ на магнитотактичните бактерии. Отглеждането им в голям мащаб се оказва трудна задача, тъй като са доста капризни организми. Изискват прецизно контролирани концентрации на кислород, внимателно калибрирани хранителни вещества и специфични температурни и pH условия. При наличието на твърде много кислород например, магнитозомите в тях не успяват да се образуват, а при твърде малко – растежът на организмите спира.

Концепцията за лечение на рак с магнитобот се намира в пресечната точка на магнитната физика, клетъчната биология и химичното инженерство, а раковите заболявания, към които се стреми, са сред най-труднолечимите с конвенционални подходи. Ракът на панкреаса, гърдата, белия дроб и колоректалния рак трудно се поддават на стандартната химиотерапия, тъй като при нея медикаментите се разпределят в цялото тяло, вместо да се концентрират в тумора. Именно по тази причина тя е и толкова изтощителна за пациентите. Лечение с магнитобот обаче би могло значително да промени това.

MagBIO – международен мултидисциплинарен проект

Проектът MagBIO включва 18 европейски и американски академични партньорски организации и е финансиран от програмата „Мария Склодовска-Кюри“. Негов ръководител е д-р Алфред Фернандес-Кастан, доцент по химично и биохимично инженерство и главен изследовател в Института за мембранни върхови постижения Астън (AIME) и Института за изследване на енергията и биопродуктите (EBRI).

„Изключително горди сме, че MagBIO представлява едно от първите координирани общоевропейски усилия, целящи да обединят водещи експерти по магнитотактични бактерии със специалисти от допълващи дисциплини, за да изследват живи магнитоботи за тераностика на рака. Областта все още е в ранен етап, но потенциалът е наистина вълнуващ. Чрез изграждане на солидна основа от пионерски изследвания, MagBIO се стреми да създаде интердисциплинарния импулс, необходим за развитието на тераностика от следващо поколение, базирана на живи бактерии“, казва д-р Фернандес-Кастан.

По текста работи: Весела Даскалова

За да подготвим материала, използвахме информация от: www.aston.ac.uk (Aston University), www.borntoengineer.com, www.asm.org (The American Society for Microbiology)

Източник на снимковия материал: ©Engineer BG via Canva