Cientistas da Universidade de Waterloo estão desenvolvendo um novo tratamento para câncer que utiliza bactérias especialmente engenheiradas para consumir tumores de dentro para fora. A estratégia se baseia em micro-organismos que prosperam naturalmente em ambientes isentos de oxigênio, o que torna o interior de muitos tumores sólidos um alvo ideal.
“Os esporos das bactérias entram no tumor, encontrando um ambiente com muitos nutrientes e sem oxigênio, que é o que esse organismo prefere, e assim começa a consumir esses nutrientes e a crescer em tamanho”, disse o Dr. Marc Aucoin, professor de engenharia química em Waterloo. “Portanto, estamos agora colonizando esse espaço central, e a bactéria está essencialmente eliminando o tumor do corpo.”
No centro dessa abordagem está o Clostridium sporogenes, uma bactéria comum no solo, que sobrevive apenas em locais que contêm absolutamente nenhum oxigênio. O núcleo interno dos tumores sólidos é composto por células mortas e carece de oxigênio, criando as condições perfeitas para que esse microbe se multiplique e se espalhe.
Superando a Barreira do Oxigênio
Há, no entanto, um desafio. À medida que as bactérias se expandem para fora e alcançam áreas do tumor expostas a pequenas quantidades de oxigênio, elas começam a morrer antes de eliminar completamente o câncer.
Para abordar essa limitação, a equipe inseriu um gene de uma bactéria relacionada que é mais tolerante ao oxigênio. Essa modificação permite que os micro-organismos engenheirados sobrevivam por mais tempo nas regiões externas do tumor.
Os pesquisadores também precisavam de uma forma de controlar quando essa característica de tolerância ao oxigênio seria ativada. Ativá-la cedo demais poderia permitir que as bactérias crescessem em áreas ricas em oxigênio, como a corrente sanguínea, o que seria perigoso. Para evitar isso, eles usaram um processo natural de comunicação bacteriana chamado de sensing de quorum.
O sensing de quorum depende de sinais químicos liberados pelas bactérias. À medida que seus números aumentam, o sinal se torna mais forte. Somente após um número suficiente de bactérias ter se acumulado dentro de um tumor é que o sinal atinge um nível que ativa o gene resistente ao oxigênio. Esse cronograma garante que as bactérias ativem seu mecanismo de sobrevivência apenas quando necessário.
Biologia Sintética e Circuitos de DNA
Em um estudo anterior, a equipe demonstrou que o Clostridium sporogenes poderia ser geneticamente alterado para resistir melhor ao oxigênio. Em um experimento subsequente, eles testaram seu design de sensing de quorum programando bactérias para produzir uma proteína fluorescente verde, permitindo confirmar que o sistema foi ativado no momento pretendido.
“Usando biologia sintética, construímos algo semelhante a um circuito elétrico, mas em vez de fios, usamos pedaços de DNA”, disse o Dr. Brian Ingalls, professor de matemática aplicada em Waterloo. “Cada pedaço tem sua função. Quando montados corretamente, formam um sistema que funciona de maneira previsível.”
O próximo passo é combinar tanto o gene de tolerância ao oxigênio quanto o sistema de controle de sensing de quorum em uma única bactéria e avaliá-la contra tumores em ensaios pré-clínicos.
Inovação em Câncer através da Colaboração
Essa pesquisa começou com o trabalho do estudante de doutorado Bahram Zargar sob a supervisão de Ingalls e do Dr. Pu Chen, um professor aposentado de engenharia química em Waterloo. O projeto destaca o foco da universidade em inovação em saúde interdisciplinar, reunindo especialistas em engenharia, matemática e ciências da vida para traduzir descobertas científicas em soluções médicas práticas.
A equipe de Waterloo está colaborando com o Centro de Pesquisa em Microbiologia Ambiental (CREM Co Labs), uma empresa de Toronto co-fundada pelo Dr. Zargar. A parceria também inclui a Dr. Sara Sadr, uma ex-aluna de doutorado de Waterloo que desempenhou um papel fundamental no avanço da pesquisa.
