Kleine chirurgen bestrijden kanker

                              

Microbiologie in hapklare porties


Kleine chirurgen bestrijden kanker

Er bestaat onder de massa’s veel “misplaatste angst” voor kanker. Hoewel onze voornaamste tegenstander en object van angst de tumor moet zijn, worden we vaker wel dan niet geplaagd door de angst voor het middel – de veel verafschuwde maar “onvervangbare” chemotherapie. Hoewel bewezen is dat chemotherapie onze meest betrouwbare soldaat is in deze oorlog tegen kanker, in die zin dat zij de symptomen van kanker effectief vermindert en andere procedures zoals chirurgie en bestraling doeltreffender kan maken, zijn er vele vliegen in de zalf. Chemotherapie heeft bijwerkingen zoals vermoeidheid, haaruitval, bloedarmoede, misselijkheid en enkele vrij ernstige zoals hartschade en de ontwikkeling van een tweede kanker (vertraagd effect). 

Er wordt echter gezocht naar alternatieven voor dit “noodzakelijke kwaad”. Er is behoefte aan een zeer specifieke therapie die alleen de kankercellen aanpakt, minimale bijwerkingen op het lichaam heeft en niet-invasief is. Dus wat te denken van kleine robots die van buitenaf op tumoren kunnen worden gericht en die het chemotherapeutische geneesmiddel alleen op de plaats van de tumor afleveren. En wat als deze robots onze darmbacteriën E.coli zijn!!! Dit alles is mogelijk gemaakt door wetenschappers in Duitsland.

Wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Intelligente Systemen hebben elementen van de biologie gekruist met robotica en hebben magnetisch gestuurde microrobots ontwikkeld. De hoofdpersoon van deze missie was E.coli, die vaak wordt beschouwd als de “superheld” van het microbiële onderzoek. Het is de meest ideale keuze voor de constructie van microbots omdat het gemakkelijk door gevarieerde media kan varen, van vloeibare tot viskeuze weefsels. De onderzoekers maakten het mogelijk om drie kunstmatige componenten aan deze gemanipuleerde bacterie te bevestigen.

Bron: Akolpoglu et al., Sci. Adv. 8, eabo6163 (2022). doi.org/10.1126/sciadv.abo6163

1) Nanoliposomen: Deze bolvormige blaasjes zijn gemaakt van lipiden en worden gebruikt om er geneesmiddelen in op te slaan. Deze nanoliposomen bevatten ICG (Indocyanine – een groene kleurstof die speciaal is ontwikkeld voor visualisatie in het nabij-infraroodgebied) op hun buitenoppervlak. ICG-deeltjes smelten na blootstelling aan nabij-infrarood licht. Deze liposomen bevatten chemotherapeutische geneesmiddelmoleculen, namelijk doxorubicine (DOX).

2) Nanodeeltjes van ijzeroxide: Dit is de magnetische component die aan de bacterie is bevestigd. Zij helpen de beweging van de bacterie in het lichaam te controleren.

3) Streptavidine-Biotine complex: Dit complex is zeer stabiel en moeilijk te breken en werkt als een touw om de liposomen en de magnetische nanodeeltjes aan het bacteriële membraan te binden.

E.coli zijn zeer gevoelige, sensorische microben: zij worden aangetrokken tot gebieden met een hoge zuurgraad en een laag zuurstofgehalte, die beide aanwezig zijn in de buurt van een tumor. Om deze microben preciezer op hun doel (de tumor) te richten, kunnen de wetenschappers de bacteriën magnetisch in de richting van de tumor sturen, waar bij blootstelling aan IR-stralen de nanoliposomen smelten en het geneesmiddel rond de tumor afleveren.

Tegelijkertijd wordt het immuunsysteem gealarmeerd doordat de bacteriën in de richting van de tumor bewegen, daar groeien en zich verspreiden, waardoor een natuurlijke immuunrespons wordt opgewekt.

Experimentele opstelling van 3D-collageengels met verschillende stijfheden met bacteriële microbots aan één uiteinde. Bron:Akolpoglu et al., Sci. Adv. 8, eabo6163 (2022). doi.org/10.1126/sciadv.abo6163

De onderzoekers in Stuttgart zijn erin geslaagd de drie kunstmatige componenten te combineren in 86 van de 100 testmicrobots. Ze waren in staat om met medicijnen geladen microbots nauwkeurig door een opstelling die leek op microscopische bloedvaten in de richting van tumoren te sturen met behulp van een permanente magneet. Het is bekend dat bacteriën het moeilijker hebben om door dikke matrices zoals collageen heen te dringen, maar de onderzoekers hebben het onderzoek verbeterd door aan te tonen dat hun geconstrueerde microbots door dikke collageengels heen kunnen dringen.

De onderzoekers zijn erin geslaagd gebruik te maken van de natuurlijke en geprogrammeerde kwaliteiten van E. coli om kanker aan te pakken. Birgül Akolpoglu, de hoofdauteur van de studie, zegt: “Stel je voor dat we dergelijke op bacteriën gebaseerde microbots in het lichaam van een kankerpatiënt zouden injecteren. Met een magneet zouden we de deeltjes precies naar de tumor kunnen sturen. Zodra genoeg microrobots de tumor omgeven, richten we een laser op het weefsel, en dat activeert het vrijkomen van het geneesmiddel. Nu wordt niet alleen het immuunsysteem wakker geschud, maar helpen de extra medicijnen ook de tumor te vernietigen.”

Dr. Yunus Alapan, voormalig postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Fysische Intelligentie, is een andere onderzoeker in dit project. “Deze toediening ter plaatse zou minimaal invasief zijn voor de patiënt, pijnloos, een minimale toxiciteit hebben en de geneesmiddelen zouden hun effect ontwikkelen waar dat nodig is en niet in het hele lichaam”, aldus Alapan


Link to the original post: Akolpoglu, M. B, et al. (2022) Magnetically steerable bacterial microrobots moving in 3D biological matrices for stimuli-responsive cargo delivery. Science Advances. doi.org/10.1126/sciadv.abo6163

Featured image: Akolpoglu et al. doi.org/10.1126/sciadv.abo6163


Vertaald door: Liang Hobma