Cientistas da Universidade de Waterloo estão trabalhando em um novo tratamento contra o câncer que usa bactérias especialmente projetadas para consumir tumores por dentro. Esta estratégia baseia-se em microrganismos que prosperam naturalmente num ambiente livre de oxigénio, tornando o interior de muitos tumores sólidos um alvo ideal.
“Os esporos bacterianos entram no tumor e encontram um ambiente que contém muitos nutrientes, mas nenhum oxigênio, o que o organismo prefere, então ele começa a consumir esses nutrientes e cresce”, disse o Dr. Mark Aucoin, professor de engenharia química na Universidade de Waterloo. “Então, agora estamos colonizando esse espaço central, e as bactérias estão essencialmente eliminando o tumor do corpo”.
No centro desta abordagem está Clostridium sporogenes, um tipo de bactéria comumente encontrada no solo. Ele só pode sobreviver onde não há oxigênio algum. O núcleo de um tumor sólido é composto por células mortas e carece de oxigênio, criando condições perfeitas para que esse microrganismo se multiplique e se espalhe.
Superar a barreira de oxigênio
No entanto, há um desafio. À medida que as bactérias se expandem e atingem áreas do tumor expostas a pouco oxigênio, elas começam a morrer antes de eliminar completamente o câncer.
Para resolver esta limitação, a equipa inseriu genes de uma bactéria relacionada que é mais tolerante ao oxigénio. Esta modificação permite que os microrganismos modificados sobrevivam por mais tempo perto de áreas fora do tumor.
Os pesquisadores também precisavam de uma forma de controlar quando a função de tolerância ao oxigênio é ativada. Ativá-lo muito cedo pode permitir o crescimento de bactérias em áreas ricas em oxigênio, como o sangue, o que não é seguro. Para evitar isso, eles usaram um processo natural de comunicação bacteriana chamado detecção de quorum.
A detecção de quorum depende de sinais químicos liberados por bactérias. À medida que o seu número aumenta, o sinal fica mais forte. Somente quando bactérias suficientes se acumularem no tumor o sinal atingirá o nível que ativa os genes antioxidantes. Esse tempo garante que a bactéria ative seus mecanismos de sobrevivência somente quando necessário.
Biologia sintética e circuitos de DNA
Em um estudo anterior, a equipe mostrou Clostridium esporogenes Pode ser geneticamente modificado para resistir melhor ao oxigênio. Em experimentos de acompanhamento, eles testaram seu projeto de detecção de quórum programando bactérias para produzir proteína verde fluorescente, permitindo-lhes confirmar que o sistema foi ativado em momentos predeterminados.
“Usando a biologia sintética, construímos algo como um circuito, mas usamos segmentos de DNA em vez de fios”, disse o Dr. Brian Ingalls, professor de matemática aplicada na Universidade de Waterloo. “Cada peça tem uma finalidade. Quando montadas corretamente, formam um sistema que funciona de forma previsível.”
O próximo passo é combinar os genes de tolerância ao oxigênio e o sistema de controle de detecção de quorum em uma única bactéria e avaliar sua capacidade de combater tumores em ensaios pré-clínicos.
A colaboração impulsiona a inovação no cancro
A pesquisa começou com o trabalho do estudante de doutorado Bahram Zargar sob a supervisão de Ingalls e Pu Chen, Ph.D., professor aposentado de engenharia química da Universidade de Waterloo. O programa destaca o foco da universidade na inovação interdisciplinar em saúde, reunindo especialistas em engenharia, matemática e ciências da vida para traduzir descobertas científicas em soluções médicas do mundo real.
A equipe de Waterloo está trabalhando com o Centro de Pesquisa em Microbiologia Ambiental (CREM Co Labs), uma empresa de Toronto cofundada pelo Dr. A parceria também inclui a ex-aluna de doutorado em Waterloo, Dra. Sara Sadr, que desempenhou um papel de liderança na condução da pesquisa.
