Cientistas da Universidade de Waterloo estão trabalhando em um novo tratamento contra o câncer que utiliza bactérias especialmente projetadas para devorar tumores de dentro para fora. A estratégia baseia-se em micróbios que prosperam naturalmente num ambiente livre de oxigénio, tornando o interior de muitos tumores sólidos um alvo ideal.
“Os esporos bacterianos entram no tumor, encontrando um ambiente onde há muitos nutrientes e nenhum oxigênio, o que este organismo prefere, e assim começa a se alimentar desses nutrientes e a aumentar de tamanho”, disse o Dr. Mark Aucoin, professor de engenharia química em Waterloo. “Portanto, agora estamos colonizando esse espaço central, e a bactéria está essencialmente livrando o corpo do tumor”.
No centro desta abordagem está Clostridium sporogenes, uma bactéria comumente encontrada no solo. Ele só pode sobreviver em lugares onde não há oxigênio algum. O núcleo interno dos tumores sólidos é composto por células mortas e carece de oxigênio, o que cria condições ideais para a reprodução e disseminação desse micróbio.
Superando a barreira do oxigênio
No entanto, há um problema. À medida que as bactérias se expandem e atingem áreas do tumor expostas a uma pequena quantidade de oxigênio, elas começam a morrer antes de erradicarem completamente o câncer.
Para superar esta limitação, a equipe inseriu um gene de uma bactéria relacionada que é mais tolerante ao oxigênio. Esta modificação permite que os micróbios modificados sobrevivam por mais tempo perto das regiões externas do tumor.
Os pesquisadores também precisavam de uma forma de controlar quando essa função de tolerância ao oxigênio é ativada. Ativá-lo muito cedo poderia permitir o crescimento de bactérias em áreas ricas em oxigênio, como o sangue, o que seria perigoso. 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 número aumenta, o sinal fica mais forte. Somente depois que bactérias suficientes se acumulam dentro do tumor é que o sinal atinge um nível que ativa o gene de resistência ao oxigênio. Este tempo garante que as bactérias ativem o seu mecanismo de sobrevivência apenas quando necessário.
Biologia sintética e circuitos de DNA
Em um estudo anterior, a equipe mostrou que Clostridium esporogenes pode ser geneticamente modificado para resistir melhor ao oxigênio. Numa experiência subsequente, testaram o seu design de detecção de quórum, programando as bactérias para produzirem uma proteína verde fluorescente, permitindo-lhes confirmar que o sistema tinha sido activado no momento pretendido.
“Usando biologia sintética, construímos algo parecido com um circuito elétrico, mas em vez de fios, usamos pedaços de DNA”, disse o Dr. Brian Ingalls, professor de matemática aplicada em Waterloo. “Cada peça tem uma função a cumprir. Quando montadas corretamente, formam um sistema que funciona de forma previsível.”
O próximo passo é combinar o gene de tolerância ao oxigênio e o sistema de detecção de quorum em uma única bactéria e avaliá-la contra tumores em ensaios pré-clínicos.
Colaboração promove inovação contra o câncer
Esta pesquisa começou com o trabalho do estudante de graduação Bahram Zargar sob a supervisão de Ingalls e do Dr. Pu Chen, professor emérito de engenharia química em Waterloo. O projeto sublinha a ênfase da universidade na inovação interdisciplinar em saúde, reunindo especialistas em engenharia, matemática e ciências da vida para transformar descobertas científicas em soluções médicas reais.
A equipe de Waterloo está colaborando com o Centro de Pesquisa em Microbiologia Ambiental (CREM Co Labs), uma empresa de Toronto cofundada pelo Dr. A parceria também inclui a Dra. Sarah Sadr, uma ex-aluna de doutorado em Waterloo que desempenhou um papel de liderança no avanço da pesquisa.
