자성 박테리아로 종양 퇴치 날짜: 2022년 10월 26일 원천: ETH 취리히 요약: 연구자들은 암성 종양과 싸우기 위해 자성 박테리아를 사용할 계획입니다. 그들은 이제 이러한 미생물이 효과적으로 혈관벽을 가로질러 종양을 식민지화하는 방법을 발견했습니다.
전 세계의 과학자들은 항암제가 표적 종양에 가장 효율적으로 도달할 수 있는 방법을 연구하고 있습니다. 한 가지 가능성은 변형된 박테리아를 "페리"로 사용하여 혈류를 통해 종양으로 약물을 운반하는 것입니다. ETH Zurich의 연구원들은 이제 특정 박테리아를 제어하여 효과적으로 혈관벽을 가로질러 종양 조직에 침투할 수 있도록 하는 데 성공했습니다.
반응형 생물의학 시스템(Responsive Biomedical Systems) 교수인 Simone Schürle가 이끄는 ETH Zurich 연구원들은 박테리아에 포함된 산화철 입자로 인해 자연적으로 자성을 띠는 박테리아를 연구하기로 결정했습니다. Magnetospirillum 속의 이 박테리아는 자기장에 반응하며 신체 외부의 자석에 의해 제어될 수 있습니다.
일시적인 격차 활용
세포 배양과 생쥐에서 Schürle와 그녀의 팀은 이제 종양에 적용된 회전 자기장이 암 성장 근처의 혈관벽을 가로지르는 박테리아의 능력을 향상시킨다는 것을 보여주었습니다. 혈관벽에서 회전하는 자기장은 박테리아를 원형 운동으로 앞으로 밀어냅니다.
혈관벽을 가로지르는 메커니즘을 더 잘 이해하려면 자세히 살펴볼 필요가 있습니다. 혈관벽은 세포층으로 구성되어 있으며 많은 작은 혈관이 침투하는 혈류와 종양 조직 사이의 장벽 역할을 합니다. 이 세포들 사이의 좁은 공간으로 인해 특정 분자가 혈관벽을 통과할 수 있습니다. 이 세포간 공간의 크기는 혈관벽의 세포에 의해 조절되며, 일시적으로 박테리아도 혈관벽을 통과할 수 있을 만큼 충분히 넓을 수 있습니다.
강력한 추진력과 높은 확률
실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 도움으로 ETH Zurich 연구원들은 회전 자기장을 사용하여 박테리아를 추진하는 것이 세 가지 이유에서 효과적이라는 것을 보여줄 수 있었습니다. 첫째, 회전 자기장을 통한 추진은 정적 자기장을 통한 추진보다 10배 더 강력합니다. 후자는 단지 방향을 설정하고 박테리아는 자신의 힘으로 움직여야 합니다.
두 번째이자 가장 중요한 이유는 회전하는 자기장에 의해 구동되는 박테리아가 혈관벽을 따라 이동하면서 끊임없이 움직이기 때문입니다. 이것은 박테리아의 움직임이 덜 탐색적인 다른 추진 유형에 비해 혈관벽 세포 사이에 잠시 열리는 틈을 만날 가능성이 더 높습니다. 셋째, 다른 방법과 달리 박테리아는 이미징을 통해 추적할 필요가 없습니다. 자기장이 종양 위에 위치하면 재조정할 필요가 없습니다.
종양 조직에 "화물"이 축적됩니다.
Schürle는 "박테리아의 자연적이고 자율적인 운동도 이용합니다."라고 설명합니다. "일단 박테리아가 혈관벽을 통과하여 종양에 들어가면 독립적으로 내부 깊숙이 이동할 수 있습니다." 이러한 이유로 과학자들은 외부 자기장을 통한 추진력을 단 1시간 동안 사용합니다. 박테리아가 혈관벽을 효율적으로 통과하여 종양에 도달하기에 충분한 시간입니다.
그러한 박테리아는 미래에 항암제를 운반할 수 있습니다. 세포 배양 연구에서 ETH Zurich 연구원들은 박테리아에 리포솜(지방 유사 물질의 나노스피어)을 부착하여 이 응용 프로그램을 시뮬레이션했습니다. 그들은 이 리포솜에 형광 염료를 부착하여 박테리아가 실제로 축적된 암 조직 내부로 "화물"을 전달했음을 페트리 접시에서 입증할 수 있었습니다. 미래의 의료 응용 분야에서 리포솜은 약물로 채워질 것입니다.
세균성 암 치료
박테리아를 약물의 페리로 사용하는 것은 박테리아가 암과의 싸움을 도울 수 있는 두 가지 방법 중 하나입니다. 다른 접근법은 100년이 넘었고 현재 부활을 경험하고 있습니다. 특정 종의 박테리아가 종양 세포를 손상시키는 자연적 성향을 사용하는 것입니다. 여기에는 여러 메커니즘이 포함될 수 있습니다. 어쨌든 박테리아는 면역 체계의 특정 세포를 자극하여 종양을 제거하는 것으로 알려져 있습니다.
여러 연구 프로젝트가 현재 종양에 대한 대장균 박테리아의 효능을 조사하고 있습니다. 오늘날 합성 생물학을 사용하여 박테리아를 변형하여 치료 효과를 최적화하고 부작용을 줄이며 더 안전하게 만드는 것이 가능합니다.
비자성 박테리아를 자성으로 만들기
그러나 암 치료에서 박테리아의 고유한 특성을 사용하기 위해 이러한 박테리아가 어떻게 효과적으로 종양에 도달할 수 있는지에 대한 질문은 여전히 남아 있습니다. 박테리아를 신체 표면 근처의 종양에 직접 주입하는 것은 가능하지만 신체 내부 깊숙한 종양에는 불가능합니다. 그것이 Schürle 교수의 마이크로로봇 제어가 필요한 곳입니다. "우리는 우리의 엔지니어링 접근 방식을 사용하여 세균성 암 치료의 효능을 높일 수 있다고 믿습니다."라고 그녀는 말합니다.
암 연구에 사용된 대장균 은 자기가 아니므로 자기장에 의해 추진 및 제어될 수 없습니다. 일반적으로 자기 반응은 박테리아 중에서 매우 드문 현상입니다. Magnetospirillum 은 이러한 특성을 가진 몇 안 되는 박테리아 속 중 하나입니다.
따라서 Schürle는 대장균 박테리아도 자성으로 만들기를 원합니다. 이것은 언젠가 자연 자성이 없는 임상적으로 사용되는 치료 박테리아를 제어하기 위해 자기장을 사용하는 것을 가능하게 할 수 있습니다.