CIENCIA. Microrobots bacterianos para matar el cáncer sin causar dolor

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Esquema conceptual que representa microrobots biohíbridos bacterianos.

20 julio 2022.- Prevenir el crecimiento de células cancerosas en el cuerpo humano es uno de los mayores desafíos de la ciencia médica moderna. Sin embargo, ahora un equipo de investigadores del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes afirma haber desarrollado una terapia avanzada mediada por bacterias para combatir los tumores que propagan el cáncer. El tratamiento propuesto implica el uso de microrobots basados ​​en bacterias guiados magnéticamente  como portadores de fármacos. 

Los microrobots liberan fármacos directamente en los tumores y destruyen las células cancerosas de forma indolora y eficaz. Esta entrega en el lugar sería mínimamente invasiva para el paciente, indolora, con una toxicidad mínima, y ​​los medicamentos desarrollarían su efecto donde fuera necesario y no dentro de todo el cuerpo.

Durante su estudio, los investigadores adhirieron con éxito nanoliposomas (vesículas esféricas hechas de lípidos que se usan para almacenar medicamentos en su interior) y nanopartículas magnéticas a unas 86 bacterias E. coli . Estos accesorios especiales convirtieron a las bacterias comunes en un pequeño ejército de microrobots biohíbridos bacterianos.

Nanoliposomas y nanopartículas magnéticas adheridas a E. coli. Fuente:  Birgül Akolpoglu et al. 2022

Los numerosos nanoliposomas vinculados a cada bacteria E. coli modificada son en realidad vesículas llenas de moléculas de fármacos quimioterapéuticos. Su cubierta exterior se puede quitar fácilmente al entrar en contacto con los rayos infrarrojos. Por otro lado, las partículas magnéticas (óxido de hierro) adheridas a las bacterias se utilizan para controlar su movimiento dentro del cuerpo humano. 

Dado que E. coli es un microbio muy móvil, los investigadores los expusieron a un campo magnético. La dirección del campo magnético guiaba el movimiento de las partículas de óxido de hierro y también de las bacterias a las que estaban unidas. Además, para vincular las bacterias con las partículas magnéticas y los nanoliposomas, los investigadores utilizaron complejos de estreptavidina-biotina, los agentes de unión a biomoléculas más potentes que a menudo se emplean para identificar nuevos objetivos farmacológicos. 

Los complejos de estreptavidina-biotina son muy estables y sirven como cuerdas irrompibles que unen los archivos adjuntos a las bacterias. 

Mientras explicaba más el proceso, Birgül Akolpoglu, el autor principal del estudio , dijo : “Imagínese que inyectaríamos tales microrobots basados ​​en bacterias en el cuerpo de un paciente con cáncer. Con un imán, podríamos dirigir con precisión las partículas hacia el tumor. Una vez que suficientes microrobots rodean el tumor, apuntamos un láser al tejido y eso desencadena la liberación del fármaco. Ahora, no solo se activa el sistema inmunitario para que se despierte, sino que los medicamentos adicionales también ayudan a destruir el tumor”.

Los investigadores afirman que la "administración en el lugar" de medicamentos quimioterapéuticos utilizando microrobots biohíbridos se puede lograr sin causar ningún dolor o infección dentro del cuerpo del paciente. Además, con más investigación y desarrollo, podría emerger como una de las estrategias de tratamiento más efectivas contra el cáncer en el futuro. 

Microrobots híbridos basados ​​en bacterias moviéndose hacia su objetivo bajo la influencia de un campo magnético. Fuente:  Birgül Akolpoglu et al. 2022

Los microrobots bacterianos son la combinación perfecta para combatir el cáncer

Los microrobots biohíbridos prometen un tratamiento contra el cáncer basado en un enfoque llamado terapia mediada por bacterias (utilizando bacterias para administrar medicamentos o liberar enzimas en el cuerpo humano en los lugares deseados). Sorprendentemente, este no es un nuevo método de tratamiento, pero ha sido complicado. Muchos científicos han intentado equipar a los microorganismos con medicamentos contra el cáncer. 

Sin embargo, la mayoría de ellos fracasaron porque el tratamiento exitoso con esta estrategia requiere una combinación perfecta de diferentes técnicas. Aquí es donde Birgül Akolpoglu y su equipo lograron adelantarse a todos los demás. Emplearon materiales que mejoraron la capacidad de las bacterias comunes y las convirtieron en nanomáquinas altamente eficientes para la administración de fármacos. 

Por ejemplo, los nanoliposomas adheridos a la bacteria consistían en cápsulas especiales llamadas partículas verdes para almacenar los medicamentos contra el cáncer de manera efectiva. Estas partículas liberaron el fármaco solo cuando entraron en contacto con la radiación infrarroja (un rayo láser). Además, estas partículas no dejaron margen de interacción entre las moléculas terapéuticas y las secreciones bacterianas naturales. 

Para superar los problemas relacionados con el control del movimiento con E. coli , los investigadores utilizaron las propiedades magnéticas de las partículas de óxido ferroso. Por lo tanto, al integrar la robótica y la física con la biología, los investigadores del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes lograron crear los componentes perfectos necesarios para superar los diferentes desafíos asociados con el tratamiento del cáncer mediado por bacterias. 

Fuente: MUKRIME BIRGUL AKOLPOGLU et al. "Magnetically steerable bacterial microrobots moving in 3D biological matrices for stimuli-responsive cargo delivery". SCIENCE ADVANCES, 15 Jul 2022, Vol 8, Issue 28. DOI: 10.1126/sciadv.abo6163