Các nhà nghiên cứu của ETH Zurich, do Simone Schürle, Giáo sư về Hệ thống Y sinh Đáp ứng, dẫn đầu, đã chọn thử nghiệm với vi khuẩn vốn có từ tính nhờ các hạt oxit sắt mà chúng chứa. Những vi khuẩn Magnetospirillum này phản ứng với từ trường và có thể được điều khiển bằng nam châm bên ngoài.

Khai thác khoảng trống tạm thời

Schürle và các đồng nghiệp của cô hiện đã chứng minh trong nuôi cấy tế bào và chuột áp dụng từ trường quay vào khối u làm tăng khả năng vi khuẩn vượt qua thành mạch xung quanh sự phát triển ung thư. Từ trường quay đẩy vi khuẩn về phía trước theo chuyển động tròn ở thành mạch.

Để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động xuyên qua thành mạch, cần phải xem xét chi tiết: Thành mạch máu bao gồm một lớp tế bào và đóng vai trò là rào cản giữa dòng máu và mô khối u, được thấm qua bởi nhiều mạch máu nhỏ. Khoảng cách hẹp giữa các tế bào này cho phép một số phân tử đi qua thành mạch. Độ lớn của các khoảng gian bào này được quy định bởi các tế bào của thành mạch và chúng có thể tạm thời đủ rộng để cho phép ngay cả vi khuẩn đi qua thành mạch.

Lực đẩy mạnh và xác suất cao

Với sự trợ giúp của các thí nghiệm và mô phỏng máy tính, các nhà nghiên cứu của ETH Zurich đã có thể chỉ ra rằng việc đẩy vi khuẩn bằng từ trường quay có hiệu quả vì ba lý do. Đầu tiên, lực đẩy thông qua từ trường quay mạnh hơn gấp mười lần so với lực đẩy thông qua từ trường tĩnh. Cái sau chỉ đơn thuần là định hướng và vi khuẩn phải di chuyển bằng sức mạnh của chính chúng.

Lý do thứ hai và quan trọng nhất là vi khuẩn được điều khiển bởi từ trường quay liên tục chuyển động, di chuyển dọc theo thành mạch. Điều này khiến chúng có nhiều khả năng gặp phải những khoảng trống mở ra trong thời gian ngắn giữa các tế bào thành mạch so với các loại động cơ đẩy khác, trong đó chuyển động của vi khuẩn ít khám phá hơn. Và thứ ba, không giống như các phương pháp khác, vi khuẩn không cần phải được theo dõi thông qua hình ảnh. Sau khi từ trường được định vị trên khối u, nó không cần phải điều chỉnh lại.

“Vi khuẩn” tích tụ trong mô khối u

Schürle giải thích: “Chúng tôi cũng tận dụng khả năng vận động tự nhiên và tự động của vi khuẩn. “Một khi vi khuẩn đã đi xuyên qua thành mạch máu và ở trong khối u, chúng có thể độc lập di chuyển sâu vào bên trong nó.” Vì lý do này, các nhà khoa học sử dụng lực đẩy thông qua từ trường bên ngoài chỉ trong một giờ – đủ lâu để vi khuẩn đi qua thành mạch và đến khối u một cách hiệu quả.

Những vi khuẩn như vậy có thể mang thuốc chống ung thư trong tương lai. Trong các nghiên cứu nuôi cấy tế bào của họ, các nhà nghiên cứu của ETH Zurich đã mô phỏng ứng dụng này bằng cách gắn các liposome (các cấu trúc nano của các chất giống như chất béo) vào vi khuẩn. Họ đánh dấu các liposome này bằng thuốc nhuộm huỳnh quang, cho phép họ chứng minh trong đĩa Petri rằng vi khuẩn thực sự đã vận chuyển “hàng hóa” của chúng vào bên trong mô ung thư, nơi nó tích tụ. Trong các ứng dụng y học trong tương lai, các liposome sẽ chứa đầy một loại thuốc.

Điều trị ung thư bằng vi khuẩn

Sử dụng vi khuẩn làm chất vận chuyển thuốc là một trong hai cách mà vi khuẩn có thể giúp chống lại bệnh ung thư. Cách tiếp cận khác đã hơn một trăm năm tuổi và hiện đang được hồi sinh: sử dụng xu hướng tự nhiên của một số loài vi khuẩn để làm hỏng các tế bào khối u. Điều này có thể liên quan đến một số cơ chế. Trong mọi trường hợp, người ta biết rằng vi khuẩn kích thích một số tế bào của hệ thống miễn dịch, sau đó loại bỏ khối u.

Nhiều dự án nghiên cứu hiện đang điều tra hiệu quả của vi khuẩn E. coli chống lại các khối u. Ngày nay, có thể sửa đổi vi khuẩn bằng cách sử dụng sinh học tổng hợp để tối ưu hóa hiệu quả điều trị, giảm tác dụng phụ và làm cho chúng an toàn hơn.

Làm cho vi khuẩn không từ tính có từ tính

Tuy nhiên, để sử dụng các đặc tính vốn có của vi khuẩn trong điều trị ung thư, câu hỏi làm thế nào những vi khuẩn này có thể tiếp cận khối u một cách hiệu quả vẫn còn đó. Mặc dù có thể tiêm vi khuẩn trực tiếp vào các khối u gần bề mặt cơ thể, nhưng điều này là không thể đối với các khối u sâu bên trong cơ thể. Đó là nơi điều khiển vi rô-bốt của Giáo sư Schürle phát huy tác dụng. “Chúng tôi tin rằng chúng tôi có thể sử dụng phương pháp kỹ thuật của mình để tăng hiệu quả của liệu pháp điều trị ung thư bằng vi khuẩn,” cô nói.

E. coli được sử dụng trong các nghiên cứu về ung thư không có từ tính và do đó không thể bị đẩy và kiểm soát bởi từ trường. Nói chung, phản ứng từ tính là một hiện tượng rất hiếm gặp ở vi khuẩn. Magnetospirillum là một trong số ít các loại vi khuẩn có đặc tính này.

Do đó, Schürle cũng muốn tạo ra vi khuẩn E.coli có từ tính. Điều này một ngày nào đó có thể giúp sử dụng từ trường để kiểm soát vi khuẩn trị liệu được sử dụng lâm sàng không có từ tính tự nhiên.