Magnetiske bakterier som mikropumper

ETH-forskere bruger magnetiske bakterier til at kontrollere væsker på mikroniveau. De overvejer allerede at bruge dem i den menneskelige blodbane til præcis levering af kræftlægemidler til en tumor.

Kræftmedicin har bivirkninger, så i mange år, forskere har undersøgt måder at transportere de aktive stoffer til en tumor i kroppen så præcist som muligt. Det er det eneste sted, hvor stoffer bør træde i kraft. En tilgang er at injicere dem i blodbanen og kontrollere deres transport i små kar på tumorsteder ved lokalt at ændre blodgennemstrømningen med små køretøjer. Forskningslaboratorier har skabt mikrorobotter, hvis form og fremdrift er inspireret af bakterier, og som er små nok til at blive indsat i blodkar. Disse mikrokøretøjer kan drives udefra af kroppen af ​​et bevægeligt magnetfelt.

Simone Schürle, professor ved Institut for Sundhedsvidenskab og Teknologi, går nu et skridt videre:I stedet for mikrorobotter inspireret af bakterier, hun vil bruge rigtige bakterier, der er magnetiske. Forskere opdagede sådanne magnetotaktiske bakterier i havet for 45 år siden. Disse mikroorganismer absorberer jern opløst i vandet; jernoxidkrystaller dannes i deres indre og stiller sig op på række. Som en kompasnål, disse bakterier retter sig efter Jordens magnetfelt, så de kan navigere i vandet på en rettet måde.

Præcis styring med magnetfelter

ETH-professor Schürle og hendes team undersøgte, hvordan man bruger et magnetfelt til at kontrollere disse bakterier i laboratoriet som en måde at styre strømmen af ​​væsker på en kontrolleret måde. I deres eksperimenter, de anvendte kun relativt svage roterende magnetfelter for at spinde bakterierne i de ønskede retninger. Og med mange bakterier i en sværm, det viste sig muligt at flytte væsken omkring dem. Bakterierne producerer en effekt svarende til en mikropumpe, hvilket betyder, at de er i stand til at flytte aktive stoffer til stede i væsken i forskellige retninger, for eksempel fra blodbanen ind i tumorvævet. Ved at bruge overlejrede magnetiske felter, der lokalt forstærker eller ophæver hinanden, denne pumpeaktivitet kan begrænses til et lille område med stor nøjagtighed, som Schürles team har kunnet vise i simuleringer.

I øvrigt, princippet kan bruges uden for kroppen for at blande forskellige væsker lokalt med hinanden i meget små beholdere uden at skulle fremstille og styre mekaniske mikropumper.

Død eller levende

Deres arbejde er primært fokuseret på at undersøge tilgangen og beskrive, hvordan bakterierne kan styre flowet. Før sådanne bakterier kan bruges i den menneskelige krop, deres sikkerhed skal først undersøges. Imidlertid, at bringe bakterier ind i kroppen af ​​medicinske årsager er en tilgang, som videnskaben allerede forfølger under begrebet "levende terapier, "omend med andre typer bakterier, såsom E. coli.

Det skulle også være muligt at bruge ikke-naturlige bakterier til fremtidige medicinske anvendelser. Syntetisk biologi kan bruges til at konstruere bakterier, der har optimerede funktionelle egenskaber og er sikre til brug i den menneskelige krop, for eksempel ved ikke at forårsage allergiske reaktioner. Schürle kan forestille sig behandlinger med bakterier, der dræbes, før de indføres i kroppen, samt behandlinger med levende bakterier.

Fin kontrol gennem selvfremdrift

Det har også været kendt i flere årtier, at visse typer anaerobe bakterier (som ikke kræver ilt for at vokse) fortrinsvis ophobes i kræftpatienters tumorer. Med andre ord, disse bakterier foretrækker naturligvis de lave iltforhold i tumorer frem for resten af ​​kroppen. Mens dette blev undersøgt i andre bakterier end dem, der blev brugt af Schürles team, syntetisk biologi kunne bruges til at kombinere fordelene ved flere bakteriearter. Dette kan føre til udvikling af bakterier, der nærmer sig tumoren drevet af deres egne flageller (pisklignende vedhæng) og kan derefter transporteres præcist dybt ind i tumorvævet ved hjælp af eksterne magnetiske kræfter.