研究人員正在努力確定讓抗癌藥物到達它們應該治療的腫瘤的最佳方式。一種選擇是利用改良的細菌作為”渡船”，通過血液將藥物運送到腫瘤中。蘇黎世聯邦理工學院的研究人員現在已經成功地控制了一些細菌，使它們可以通過血管壁並滲入腫瘤組織。

蘇黎世聯邦理工學院的研究人員在響應性生物醫學系統教授Simone Schürle的領導下，選擇用細菌進行實驗，這些細菌由於含有氧化鐵顆粒而具有內在的磁性。這些Magnetospirillum細菌對磁場有反應，可以被外部磁鐵所操縱。

利用暫時的空隙

Schürle和她的同事現在已經在細胞培養物和小鼠身上證明，對腫瘤施加旋轉磁場會提高細菌穿過癌細胞生長周圍血管壁的能力。旋轉的磁場驅動細菌在血管壁上做圓周運動。

為了更好地理解穿越血管壁的機制的作用，有必要進行詳細的觀察。血管壁由一層細胞組成，作為血液和腫瘤組織之間的屏障，它被許多小血管所滲透。這些細胞之間的狹窄空間允許某些分子通過血管壁。這些細胞間的空間有多大，由血管壁的細胞來調節，它們可以暫時寬到甚至允許細菌通過血管壁。

強大的推動力和高成功率

在實驗和計算機模擬的幫助下，蘇黎世聯邦理工學院的研究人員能夠表明，利用旋轉磁場推進細菌是有效的，原因有三。首先，通過旋轉磁場的推動力比通過靜態磁場的推動力要強十倍。後者只是設定了方向，而細菌則必須在自己的力量下移動。

第二個也是最關鍵的原因是，由旋轉磁場驅動的細菌一直在運動，沿著血管壁行駛。這使得它們更有可能遇到血管壁細胞之間短暫開放的縫隙，與其他推進類型相比，細菌的運動不那麼具有探索性。第三，與其他方法不同，這些細菌不需要通過成像來追踪。一旦磁場在腫瘤上定位，它就不需要重新調整。

“載荷”在腫瘤組織中積累

“我們還利用了細菌的自然和自主運動，”Schürle解釋說。”一旦細菌穿過血管壁並進入腫瘤，它們就能獨立地遷移到腫瘤的內部深處”。出於這個原因，科學家們通過外部磁場的推動力只使用了一個小時–足夠長的時間讓細菌有效地穿過血管壁並到達腫瘤。

這樣的細菌在未來可以攜帶抗癌藥物。在他們的細胞培養研究中，蘇黎世聯邦理工學院的研究人員通過將脂質體（脂肪類物質的納米球）附著在細菌上模擬了這種應用。他們用一種熒光染料標記這些脂質體，這使他們能夠在培養皿中證明細菌確實將其”藥物載荷”送到了癌症組織內，並在那裡積累。在未來的醫療應用中，這些脂質體將被填入一種藥物。

細菌性癌症治療

利用細菌作為藥物的渡船是細菌幫助對抗癌症的兩種方法之一。另一種方法已有一百多年的歷史，目前正在經歷復興：利用某些種類的細菌的自然傾向來損害腫瘤細胞。這可能涉及幾種機制。在任何情況下，眾所周知，這些細菌會刺激免疫系統的某些細胞，然後消除腫瘤。

目前，多個研究項目正在調查大腸桿菌對腫瘤的療效。今天，有可能利用合成生物學對細菌進行改造，以優化其治療效果，減少副作用，並使其更加安全。

使非磁性細菌具有磁性

然而要在癌症治療中利用細菌的固有特性，這些細菌如何有效地到達腫瘤的問題仍然存在。雖然有可能將細菌直接注射到身體表面附近的腫瘤中，但對於身體深處的腫瘤，這是不可能的。這就是Schürle教授的微型機器人控制的地方。她說：”我們相信，我們可以用我們的工程方法來提高細菌性癌症治療的療效。”

癌症研究中使用的大腸桿菌沒有磁性，因此不能被磁場推動和控制。一般來說，磁反應性在細菌中是一種非常罕見的現象。磁螺菌是少數具有這種特性的細菌屬之一。

因此，Schürle想讓大腸桿菌也具有磁性。這可能有一天會使我們有可能使用磁場來控制臨床上使用的沒有天然磁性的治療性細菌。