Cientistas criaram um interruptor térmico para bactérias controlar a entrega de medicamentos

Barth van Rossum

Um novo estudo do Instituto de Tecnologia da Califórnia sugere o controle da temperatura de bactérias geneticamente modificadas. Eles entregam o medicamento no órgão desejado e depois se autodestruem. Presumivelmente, essa tecnologia ajudará a combater o câncer e outras doenças.

Os micróbios já foram testados quanto à sua capacidade de combater doenças. Mas, sendo direcionados para o corpo sem uma meta suficientemente clara, eles estão, em regra, não apenas no local do tumor, mas também em outros órgãos. Se as bactérias liberarem o medicamento na parte errada do corpo, o tratamento poderá ser ineficaz ou causar efeitos colaterais negativos.

O experimento com ratos mostrou que os médicos podem controlar os micróbios terapêuticos desenvolvidos em laboratório. Se as bactérias projetadas forem introduzidas no paciente, em teoria elas poderão entregar o medicamento apenas ao órgão danificado. Para que os micróbios “entendam” em qual órgão entregar o medicamento, os médicos aquecem suavemente os tecidos do órgão com ultra-som.

As bactérias podem atuar como agentes especiais de controle de doenças em nossos corpos. De acordo com o professor assistente de engenharia química do Instituto de Tecnologia da Califórnia e principal autor do estudo, Mikhail Shapiro, ele e sua equipe estão trabalhando na criação de "walkie-talkies" para que você possa ouvir e conversar com microorganismos. O principal objetivo do cientista é criar novos métodos de controle e visualização de células bacterianas e humanas para fins terapêuticos.

Para criar um destacamento controlado de bactérias, os cientistas primeiro escolheram as chaves apropriadas. Suas atividades devem ser controladas pela temperatura. Por fim, eles identificaram dois "sortudos". A primeira é a proteína Salmonella , e a segunda vem de bactérias virais e é chamada bacteriófago. Ambas as proteínas se ligam ao DNA e ativam / desativam a cadeia genética em resposta a mudanças de temperatura.

A equipe de pesquisa usou a técnica de engenharia de proteínas - evolução dirigida, usada pela primeira vez por Francis Arnold do Instituto de Tecnologia da Califórnia - para desenvolver proteínas em laboratório e ajustar a temperatura de comutação. Portanto, a proteína salmonela é ativada inicialmente a uma temperatura de 42 a 44 graus Celsius. Usando a evolução direcionada, os cientistas criam combinações de substâncias orgânicas, cuja temperatura de ativação é de 36 a 39 graus. Quando essas chaves térmicas genéticas são usadas para controlar bactérias terapêuticas, elas ativam ou desativam a terapia a uma determinada temperatura.

O estudo também mostra que, se o paciente começa a se sentir pior ou sua temperatura aumenta acentuadamente, os "agentes especiais" introduzidos no corpo são capazes de suspender o tratamento ou se autodestruir. O calor é um tipo de sinal de que a terapia não está funcionando. O paciente se sentirá melhor se a bactéria interromper sua atividade.

Uma equipe de cientistas liderada por Shapiro encontrou outra aplicação dessa tecnologia. Eles demonstraram como as bactérias se autodestruem assim que deixam o corpo humano através da defecação. Uma temperatura mais baixa fora do corpo ativa o interruptor térmico das bactérias modificadas. Você não pode ter medo de que microorganismos geneticamente modificados possam se espalhar no ambiente. Shapiro garante que esse "interruptor" térmico pode controlar o comportamento das bactérias.

A estratégia para o uso de microrganismos geneticamente modificados para combater doenças faz parte da terapia microbiana em rápida evolução. Ela parece bastante promissora. Estudos anteriores mostraram que algumas bactérias naturalmente se movem deliberadamente para áreas com tumores porque preferem estar em um ambiente com baixo teor de oxigênio. Essas bactérias podem ser controladas para "liberar" a droga destruidora de tumores. Em outros estudos, as bactérias introduzidas no intestino atuam como agentes que salvam vidas e liberam moléculas, reduzindo a inflamação. Mas o problema é que eles podem "ferir" outros órgãos que não precisam de terapia.

O método desenvolvido pelo laboratório Shapiro resolve esse problema. Os cientistas fornecem um mecanismo para "instruir" as bactérias em que área anatômica específica eles devem direcionar suas forças e administrar a droga necessária. A idéia é que microorganismos geneticamente modificados ativem seu programa terapêutico a uma temperatura específica induzida por instrumentos ultrassônicos. Aquecem delicadamente o tecido ao milímetro mais próximo. Teoricamente, um médico pode enviar um "desapego" ao corpo de um paciente com câncer e, enfocando a área do tumor, "causar" bactérias que o combatem. Os pesquisadores estão confiantes de que podem controlar a atividade das bactérias no espaço e no tempo. Eles podem se comunicar com eles e dizer onde e quando algo deve ser feito.

“Quando pensamos em como ensinar bactérias a sentir a temperatura, estudamos a natureza. Então, vários sistemas foram descobertos onde as bactérias podem fazer isso. Verificamos seu desempenho e selecionamos os microrganismos que melhor sucumbiram a um interruptor térmico. Em seguida, fomos mais longe em busca de uma ferramenta que ajudasse a ajustar e aprimorar a ação das bactérias. Tudo começou com o que a natureza nos deu e a engenharia nos ajudou a seguir o caminho ”, diz Dan Piraner, co-autor do estudo.

Trabalho científico publicado na Biblioteca Caltech 14 de novembro de 2016
DOI: 10.1038 / nchembio.2233

Source: https://habr.com/ru/post/pt399319/