Mit magnetischen Bakterien Tumore bekämpfen

Wissenschaftler:innen weltweit erforschen, wie Krebsmedikamente am effizientesten zu Tumoren gelangen, wo sie ihre Wirkung entfalten sollen. Eine M?glichkeit ist, ver?nderte Bakterien als F?hren zu benutzen, welche die Wirkstoffe durch die Blutbahn hin zu den Tumoren transportieren. Forschende an der ETH Z¨¹rich haben es nun geschafft, bestimmte Bakterien so zu steuern, dass sie effizient die Blutgef?sswand durchdringen und ins Tumorgewebe eindringen k?nnen.

Als Modellbakterien nutzten die Forschenden um Simone Sch¨¹rle, Professorin f¨¹r reaktionsf?hige biomedizinische Systeme, solche, die nat¨¹rlicherweise magnetisch sind, weil sie Eisenoxid-Partikel enthalten. Diese Bakterien der Gattung Magnetospirillum reagieren auf Magnetfelder und k?nnen von ausserhalb des K?rpers mit Magneten gesteuert werden, siehe dazu einen fr¨¹heren Artikel in ETH-News.

Tempor?re L¨¹cken nutzen

Sch¨¹rle und ihr Team haben nun in Zellkultur und in M?usen gezeigt: Ein auf den Tumor gerichtetes rotierendes Magnetfeld eignet sich besonders gut, dass die Bakterien die Blutgef?sswand in Tumorn?he durchdringen. An der Gef?sswand treibt das rotierende Magnetfeld die Bakterien zu einer vorw?rts gerichteten Drehbewegung an.

Um das Durchdringen der Gef?sswand besser zu verstehen, ist ein detaillierter Blick auf diese n?tig: Die Blutgef?sswand ist die Barriere zwischen der Blutbahn und dem Tumorgewebe, das von vielen feinen Blutgef?ssen durchzogen ist. Sie besteht aus einer Schicht von Zellen. Bestimmte Molek¨¹le aus dem Blutstrom k?nnen durch die engen Zwischenr?ume zwischen den Zellen schl¨¹pfen und damit die Gef?sswand passieren. Wie gross der Zellzwischenraum ist, wird von den Gef?sswandzellen reguliert. Vor¨¹bergehend k?nnen die Zellen den Zwischenraum auch so weit ?ffnen, dass andere Zellen (und damit auch Bakterien) die Gef?sswand passieren k?nnen.

Starker Antrieb und hohe Wahrscheinlichkeit

Ein Antrieb der Bakterien ¨¹ber ein rotierendes Magnetfeld ist aus drei Gr¨¹nden wirksam, wie die ETH-Forschenden mit Experimenten und Computersimulationen zeigen konnten. Erstens ist diese Antriebsart besonders stark, so dass sich die Bakterien besonders gut durch die engen Zellzwischenr?ume zw?ngen k?nnen. Der Antrieb ¨¹ber ein rotierendes Magnetfeld ist zehnmal st?rker als ein Antrieb ¨¹ber ein statisches Magnetfeld, das nur die Richtung vorgibt und bei dem sich die Bakterien mit eigener Kraft fortbewegen m¨¹ssen.

Zweitens sind die durch das Rotationsfeld angetriebenen Bakterien st?ndig in Bewegung; sie t?nzeln der Blutgef?sswand entlang. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie auf eine sich kurz ?ffnende L¨¹cke zwischen den Gef?sswandzellen treffen, h?her als bei den anderen Antriebsarten, bei denen sich die Bakterien weniger dynamisch bewegen. Und drittens m¨¹ssen die Bakterien im Gegensatz zu anderen Methoden f¨¹r die Steuerung nicht ¨¹ber Bildgebung nachverfolgt werden. Ist das Magnetfeld einmal auf den Tumor ausgerichtet, werden vorbeistr?mende Bakterien vom Magnetfeld erfasst.

Fracht im Tumorgewebe angereichert

?Wir nutzen auch die nat¨¹rliche und autonome Fortbewegung der Bakterien?, erkl?rt ETH-Professorin Sch¨¹rle. ?Haben die Bakterien die Blutgef?sswand einmal passiert und sind sie im Tumor, k?nnen sie autonom tief in ihn eindringen.? Den Antrieb ¨¹ber das externe Magnetfeld nutzen die Wissenschafter:innen daher nur w?hrend einer Stunde, damit die Bakterien die Gef?sswand effizient ¨¹berwinden und den Tumor erreichen k?nnen.

In Zukunft k?nnten solche Bakterien mit Krebsmedikamenten beladen werden. Im Rahmen ihrer Zellkulturstudien simulierten die ETH-Forschenden dies mittels Liposomen (Nanobl?schen aus fettartigen Stoffen), die sie den Bakterien anh?ngten. Diese Liposomen waren mit einem fluoreszierenden Farbstoff gef¨¹llt. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler:innen in der Petrischale nachweisen, dass die Bakterien ihre Fracht tats?chlich ins Innere von Krebsgewebe gebracht haben, wo sie sich anreicherte. In einer k¨¹nftigen medizinischen Anwendung w¨¹rde statt des Farbstoffs ein Medikament verwendet.

Bakterielle Krebstherapie

Der hier verfolgte Ansatz, Bakterien als F?hren f¨¹r Wirkstoffe zu nutzen, ist nur einer von zwei M?glichkeiten zur Verwendung von Bakterien in der Krebsmedizin. In der Wissenschaft erlebt derzeit ein weiterer, ¨¹ber hundert Jahre alter Ansatz ein Revival: Bakterien bestimmter Arten k?nnen Tumore sch?digen. M?glicherweise sind mehrere Wirkmechanismen daran beteiligt. Bekannt ist jedenfalls, dass die Bakterien bestimmte Zellen des Immunsystems anregen, die dann gegen den Tumor vorgehen.