Des chercheurs étudient la lutte contre les tumeurs avec des bactéries magnétiques

Des scientifiques du monde entier étudient comment les médicaments anticancéreux peuvent atteindre plus efficacement les tumeurs qu’ils ciblent. Une possibilité consiste à utiliser des bactéries modifiées comme « ferries » pour transporter les médicaments dans le sang jusqu’aux tumeurs. Des chercheurs de l’ETH Zurich ont maintenant réussi à contrôler certaines bactéries afin qu’elles puissent traverser efficacement la paroi des vaisseaux sanguins et infiltrer le tissu tumoral.

Dirigés par Simone Schürle, professeur de systèmes biomédicaux réactifs, les chercheurs de l’ETH Zurich ont choisi de travailler avec des bactéries naturellement magnétiques en raison des particules d’oxyde de fer qu’elles contiennent. Ces bactéries du genre Magnetospirillum réagissent aux champs magnétiques et peuvent être contrôlées par des aimants extérieurs au corps.

Exploiter les lacunes temporaires

Dans des cultures cellulaires et chez des souris, Schürle et son équipe ont maintenant montré qu’un champ magnétique rotatif appliqué au niveau de la tumeur améliore la capacité des bactéries à traverser la paroi vasculaire à proximité de la croissance cancéreuse. Au niveau de la paroi vasculaire, le champ magnétique tournant propulse les bactéries vers l’avant dans un mouvement circulaire.

Pour mieux comprendre comment fonctionne le mécanisme de traversée de la paroi vasculaire, un examen détaillé est nécessaire : La paroi vasculaire est constituée d’une couche de cellules et sert de barrière entre la circulation sanguine et le tissu tumoral, qui est imprégné de nombreux petits vaisseaux sanguins. . Des espaces étroits entre ces cellules permettent à certaines molécules de passer à travers la paroi vasculaire. La taille de ces espaces intercellulaires est régulée par les cellules de la paroi vasculaire, et ils peuvent devenir temporairement suffisamment larges pour permettre même aux bactéries de traverser la paroi vasculaire.

Forte propulsion et forte probabilité

À l’aide d’expériences et de simulations informatiques, les chercheurs de l’ETH Zurich ont pu montrer que la propulsion des bactéries à l’aide d’un champ magnétique tournant est efficace pour trois raisons. Premièrement, la propulsion via un champ magnétique tournant est dix fois plus puissante que la propulsion via un champ magnétique statique. Ce dernier ne fait que fixer la direction et les bactéries doivent se déplacer d’elles-mêmes.

La deuxième raison, et la plus critique, est que les bactéries entraînées par le champ magnétique rotatif sont constamment en mouvement, se déplaçant le long de la paroi vasculaire. Cela les rend plus susceptibles de rencontrer les espaces qui s’ouvrent brièvement entre les cellules de la paroi vasculaire par rapport aux autres types de propulsion, dans lesquels le mouvement de la bactérie est moins exploratoire. Et troisièmement, contrairement à d’autres méthodes, les bactéries n’ont pas besoin d’être suivies par imagerie. Une fois que le champ magnétique est positionné sur la tumeur, il n’a pas besoin d’être réajusté.

Le « cargaison » s’accumule dans le tissu tumoral

« Nous utilisons également la locomotion naturelle et autonome des bactéries », explique Schürle. « Une fois que les bactéries ont traversé la paroi des vaisseaux sanguins et sont dans la tumeur, elles peuvent migrer indépendamment profondément dans son intérieur. » Pour cette raison, les scientifiques utilisent la propulsion via le champ magnétique externe pendant une heure seulement, suffisamment longtemps pour que les bactéries traversent efficacement la paroi vasculaire et atteignent la tumeur.

Ces bactéries pourraient transporter des médicaments anticancéreux à l’avenir. Dans leurs études sur la culture cellulaire, les chercheurs de l’ETH Zurich ont simulé cette application en attachant des liposomes (nanosphères de substances grasses) aux bactéries. Ils ont marqué ces liposomes avec un colorant fluorescent, ce qui leur a permis de démontrer dans la boîte de Pétri que la bactérie avait bien livré sa « cargaison » à l’intérieur du tissu cancéreux, où elle s’est accumulée. Dans une future application médicale, les liposomes seraient remplis d’un médicament.

Thérapie contre le cancer bactérien

L’utilisation de bactéries comme traversiers pour les médicaments est l’une des deux façons dont les bactéries peuvent aider à lutter contre le cancer. L’autre approche est plus que centenaire et connaît actuellement un renouveau : utiliser la propension naturelle de certaines espèces de bactéries à endommager les cellules tumorales. Cela peut impliquer plusieurs mécanismes. Dans tous les cas, on sait que les bactéries stimulent certaines cellules du système immunitaire, qui éliminent alors la tumeur.

Plusieurs projets de recherche étudient actuellement l’efficacité de l’utilisation de la bactérie E. coli contre les tumeurs. Aujourd’hui, il est possible de modifier les bactéries par la biologie synthétique pour optimiser leur effet thérapeutique, réduire les effets secondaires et les rendre plus sûres.

Rendre les bactéries non magnétiques magnétiques

Pourtant, pour utiliser les propriétés inhérentes des bactéries dans le traitement du cancer, la question de savoir comment ces bactéries peuvent atteindre efficacement la tumeur demeure. Alors qu’il est possible d’injecter la bactérie directement dans les tumeurs près de la surface du corps, ce n’est pas possible pour les tumeurs profondes à l’intérieur du corps. C’est là qu’intervient le contrôle microrobotique du professeur Schürle. « Nous pensons que nous pouvons utiliser notre approche d’ingénierie pour augmenter l’efficacité de la thérapie contre le cancer bactérien », dit-elle.

E. coli utilisé dans les études sur le cancer n’est pas magnétique et ne peut donc pas être propulsé et contrôlé par un champ magnétique. En général, la réactivité magnétique est un phénomène très rare chez les bactéries. Magnetospirillum est l’un des rares genres de bactéries qui possèdent cette propriété.

Schürle souhaite donc également rendre les bactéries E. coli magnétiques. Cela pourrait un jour permettre d’utiliser un champ magnétique pour contrôler des bactéries thérapeutiques utilisées en clinique qui n’ont pas de magnétisme naturel.