Aktualności

Odporność na antybiotyki stanowi coraz większy problem, zwłaszcza wśród bakterii zaliczanych do grupy Gram-ujemnych (G-).  Bakterie te posiadają dwie błony komórkowe, co utrudnia przenikanie leków i zabijanie ich komórek.

Badacze z MIT oraz innych jednostek naukowo – badawczych pokładają duże nadzieje w zastosowaniu odkryć z dziedziny nanotechnologii do opracowania bardziej ukierunkowanych metod leczenia wielu lekoopornych wirusów i bakterii. W ich niedawnym odkryciu doniesiono, że peptyd przeciwdrobnoustrojowy, opakowany w nanocząstkę krzemową, radykalnie zmniejszył liczbę bakterii w płucach myszy zakażonych pałeczką ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa). Jest to gram-ujemna bakteria, która prowadzić może do zapalenia płuc.

Zastosowanie nanocząstek antybiotyków

To podejście, które można także zastosować w przypadku innych trudnych do leczenia infekcji bakteryjnych, takich jak gruźlica, jest wzorowane na pewnej strategii. Naukowcy stosowali ją wcześniej w celu dostarczania ukierunkowanych leków przeciwnowotworowych.

„Istnieje wiele podobieństw w wyzwaniach związanych z dostarczaniem leków. W przypadku infekcji, podobnie jak w przypadku raka, zastosowany lek wybiórczo zabija także inne, zdrowe komórki, dlatego też zawsze musimy mówić o skutkach ubocznych”- mówią Sangeeta Bhatia, John i Dorothy Wilson. To profesorowie nauk o zdrowiu i technologii oraz elektrotechniki i informatyki. Są oni także członkami Instytutu Koch Institute for Integrative Cancer Research i Instytutu Inżynierii Medycznej MIT.

Bhatia jest jednym z autorów badania, który pojawia się w czasopiśmie Advanced Materials. Głównym autorem jest Ester Kwon, naukowiec z Instytutu Kocha. Inni autorzy to Matthew Skalak, absolwent MIT i były technik badawczy Instytutu Kocha, Alessandro Bertucci, stypendysta Marie Curie na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, Gary Braun, doktor habilitowany w Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute, Francesco Ricci, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie w Rzymie Tor Vergata, Erkki Ruoslahti, profesor w Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute i Michael Sailor, profesor UCSD.

Oporność bakterii

Ponieważ bakterie są coraz bardziej oporne na tradycyjne antybiotyki, jedną z alternatyw, na której skupiają się naukowcy, są peptydy przeciwdrobnoustrojowe. To naturalnie występujące białka obronne, które mogą zabijać wiele rodzajów bakterii poprzez niszczenie fragmentów ich komórek. Do takich elementów należą błony i białka lub zakłócanie procesów komórkowych, takich jak synteza białek.

Kilka lat temu Bhatia i jej współpracownicy rozpoczęli badania nad możliwością dostarczania peptydów przeciwdrobnoustrojowych w ukierunkowany sposób za pomocą nanocząsteczek. Postanowili również spróbować połączyć peptyd przeciwdrobnoustrojowy z innym peptydem. Pomogłoby to dostarczyć lek poprzez błony bakteryjne. Koncepcja ta została zbudowana na wcześniejszych pracach sugerujących, że te „peptydy tandemowe” mogą skutecznie zabijać komórki nowotworowe.

Zastosowanie toksyn i nanocząstek krzemu

W przypadku peptydu przeciwdrobnoustrojowego naukowcy wybrali syntetyczną toksynę bakteryjną o nazwie KLAKAK. Połączyli tę toksynę z szeregiem peptydów transportujących, które oddziałują z błonami bakteryjnymi. Spośród 25 testowanych peptydów tandemowych najlepszą okazała się kombinacja KLAKAK i peptydu zwanego laktoferyną, a połączenie to było 30 razy skuteczniejsze w zabijaniu pałeczek ropy błękitnej Pseudomonas aeruginosa, niż pojedyncze peptydy. Miało również minimalny wpływ toksyczny na komórki ludzkie.

Aby jeszcze bardziej zminimalizować potencjalne skutki uboczne, naukowcy „zapakowali” peptydy w nanocząstki krzemu. Zapobiegają one zbyt szybkiemu uwalnianiu peptydów i uszkadzaniu tkanek w momencie ich dostarczania. W tym badaniu naukowcy dostarczyli cząstki bezpośrednio do tchawicy, ale w celu wykorzystania na szerszą skalę, planują zaprojektować wersję, która może być także wdychana.

Wyniki przeprowadzonych badań

Po dostarczeniu takich nanocząstek myszom, u których wcześniej stwierdzono agresywną infekcję bakteryjną, żyły one dłużej niż myszy nieleczone. Naukowcy odkryli również, że peptydy mogą zabijać szczepy lekoopornych Pseudomonas pobranych od pacjentów i uprawianych w laboratorium.

Choroba zakaźna jest dość nowym obszarem badań laboratoriów prof. Bhatia, która spędziła większość z ostatnich 17 lat rozwijając nanomateriały w leczeniu raka. Kilka lat temu rozpoczęła pracę nad projektem finansowanym przez agencję Defense Advanced Research Projects (DARPA) w celu opracowania ukierunkowanych metod leczenia infekcji mózgu, które doprowadziły do ​​nowego projektu dotyczącego leczenia infekcji płuc.

„Przystosowaliśmy wiele z naszych koncepcji z pracy nad rakiem, w tym zwiększając lokalną koncentrację ładunku, a następnie zwiększając selektywnie interakcję ładunku z celem, którym są teraz bakterie zamiast guza,” mówi Bhatia.

Obecnie pracuje ona nad włączeniem innego peptydu, który pomoże skierować peptydy przeciwdrobnoustrojowe do prawidłowej lokalizacji w ciele. Projekt obejmuje wykorzystanie transportujących peptydów do pomocy istniejącym antybiotykom, które zabijają bakterie Gram-dodatnie, aby przekroczyć podwójną błonę bakterii Gram-ujemnych, umożliwiając im również zabicie tych bakterii.

Badania zostały sfinansowane przez grant Institut Koch Institut z National Cancer Institute, National Institute of Environmental Health Sciences oraz DARPA.

Źródło: news.mit.edu

Redaktor: Aleksandra Laska