Batteri magnetici come micropompe

I farmaci antitumorali hanno effetti collaterali. Per questo motivo, da anni gli scienziati stanno studiando approcci per trasportare i principi attivi nel corpo nel modo più preciso possibile verso il tumore. I farmaci dovrebbero fare effetto solo lì. Un approccio consiste nell'iniettare i farmaci nel flusso sanguigno e controllare il loro trasporto nei sottili vasi sanguigni dei tumori utilizzando veicoli minuscoli. I laboratori di ricerca hanno sviluppato microrobot che si ispirano ai batteri per quanto riguarda la forma e la propulsione e sono abbastanza piccoli da poter essere inseriti nei vasi sanguigni. Questi microveicoli possono essere spinti dall'esterno del corpo grazie a un campo magnetico in movimento.

Simone Schürle, professoressa presso il Dipartimento di scienze e tecnologie della salute, fa un ulteriore passo avanti: invece di microrobot ispirati ai batteri, vuole utilizzare batteri veri e propri, che sono naturalmente magnetici. I ricercatori hanno scoperto questi batteri magnetotattici nel mare 45 anni fa. I microrganismi assorbono il ferro disciolto nell'acqua. Al loro interno si formano cristalli di ossido di ferro che si dispongono in fila. Come l'ago di una bussola, questi batteri si allineano al campo magnetico terrestre per navigare nell'acqua.

Controllo preciso con i campi magnetici

L'ETH Schürle e il suo team hanno studiato come questi batteri possano essere controllati in laboratorio anche grazie a un campo magnetico, che può essere utilizzato per influenzare il flusso dei fluidi in modo controllato. Negli esperimenti sono stati sufficienti campi magnetici rotanti relativamente deboli per controllare i batteri. Con i campi rotanti, gli scienziati sono riusciti a far ruotare i batteri attorno al proprio asse. E con molti batteri in uno sciame, è stato possibile muovere il liquido che li circonda. I batteri producono un effetto simile a quello di una micropompa e possono quindi spostare le sostanze attive presenti nel liquido in direzioni diverse, ad esempio dal flusso sanguigno al tessuto tumorale. Utilizzando campi magnetici sovrapposti, che si rafforzano o si annullano localmente, questa attività di pompaggio può essere ridotta a una piccola regione con precisione millimetrica, come il team di Schürle è riuscito a dimostrare nelle simulazioni.

Il principio può essere utilizzato anche al di fuori del corpo per mescolare localmente liquidi diversi in piccoli recipienti, senza dover produrre e controllare micropompe meccaniche.

Vivi o morti

Nel loro lavoro, l'attenzione si è concentrata sulla ricerca dell'approccio e sulla descrizione del modo in cui i batteri possono controllare il flusso. Prima di poter utilizzare tali batteri nel corpo umano, è necessario studiarne la sicurezza. Tuttavia, l'introduzione di batteri nel corpo per ragioni mediche è un approccio che la scienza sta già perseguendo con il termine "living therapeutics", anche se con altri tipi di batteri, come i batteri coliformi.

? anche possibile utilizzare batteri diversi da quelli naturali per una futura applicazione medica. La biologia sintetica può essere utilizzata per costruire batteri con proprietà funzionali ottimali che siano anche sicuri per il corpo umano e non scatenino reazioni allergiche, ad esempio. Schürle può prevedere l'uso di batteri uccisi prima di essere introdotti nell'organismo, così come di batteri vivi.

Guida propria per il controllo fine

? noto da decenni che alcuni batteri in grado di sopravvivere senza ossigeno preferiscono accumularsi nei tessuti poveri di ossigeno dei tumori dei pazienti oncologici. Questo fenomeno è stato studiato in batteri diversi da quelli utilizzati dal team di Schürle. La biologia sintetica potrebbe essere utilizzata per combinare i vantaggi di diversi tipi di batteri. In questo modo si potrebbero ottenere batteri che si avvicinano al tumore grazie alla propria spinta con i flagelli e che possono essere trasportati in profondità nel tessuto tumorale dall'esterno utilizzando forze magnetiche.