Новая система доставки бактериофагов в легкие

Новая система доставки бактериофагов — вирусов, избирательно атакующих вредные бактерии — может стать новым способом борьбы с легочными инфекциями, угрожающими пожилым пациентам и людям с муковисцидозом.

Фаготерапия — перспективная альтернатива антибиотикам, поскольку атакует специфические патогены, не вредит нормальной микрофлоре организма и не способствует развитию множественной лекарственной устойчивости. Однако терапевтические бактериофаги сложно очищать и доставлять к месту инфекции, особенно в легкие.

Исследовательская группа под руководством Технологического института Джорджии продемонстрировала новую технику доставки с использованием сухих пористых микрочастиц, покрытых фагами. В тестах на животных фаг-покрытые полимерные частицы успешно вылечили пневмонию у инфицированных мышей и значительно снизили уровень бактерий в модели муковисцидоза. В будущем эта техника может позволить доставлять сухой порошок с фагами с помощью устройства, похожего на обычный ингалятор.

Исследование, опубликованное 16 июля в журнале Nature Biomedical Engineering, было поддержано Национальными институтами здоровья (NIH) и Детским технологическим центром здравоохранения Атланты.

"Доставка фагов — это область, где правильный тип материала может изменить терапевтические применения. Мы стремились создать биоматериальный носитель, который сохранял бы фаг активным, равномерно доставляя его глубоко в легкие. Это ключевой шаг в продвижении этой потенциальной терапии", — сказал Андрес Гарсия, руководитель исследования.

Фаготерапия вызывает растущий интерес на фоне опасений по поводу использования антибиотиков. Специфические бактериофаги могут нацеливаться на такие бактерии, как Pseudomonas aeruginosa (вызывает некоторые формы пневмонии и является основным патогеном при муковисцидозе), не затрагивая другие бактерии. Активность фагов распространяется за пределы покрытых частиц, но ограничена популяцией хозяина, поэтому после уничтожения целевых бактерий фаги исчезают.

Ранее исследователи использовали небулайзеры для доставки жидких смесей с фагами в легкие, но этот подход неэффективен и неудобен для пациентов. В качестве альтернативы Гарсия и его коллеги разработали носитель из микрочастиц, сделанных из того же полимерного материала, что и рассасывающиеся хирургические швы. Частицы достаточно велики, чтобы избежать быстрого выведения из организма, но достаточно легки для глубокой доставки в легкие.

Фаги инкубируются на частицах, затем высушиваются. При введении в легкие животных в виде сухого порошка фаги начинают атаковать бактерии. У мышей, инфицированных пневмонией, фаги на частицах очистили инфекцию, в то время как нелеченые мыши погибли. Значительное снижение бактериальной популяции наблюдалось и у трансгенных мышей, чьи легкие имитировали условия, типичные для муковисцидоза.

"Когда мы иммобилизовали фаг на частицах, мы могли сохранять хорошую активность в течение дней — до двух недель при комнатной температуре. Мы могли хранить эти частицы, и при доставке мышам получали хорошее распределение по легким. Мы считаем, что частицы помогают стабилизировать фаг и улучшить распределение в легких", — отметил Гарсия.

Наэл Маккарти, соавтор исследования, отметил, что разработка метода доставки потенциально продвигает использование фагов в лечении муковисцидоза.

"Муковисцидоз — распространенное, ограничивающее жизнь генетическое заболевание... Бактериальная пневмония, устойчивая ко многим препаратам, — это проблема, с которой мы часто сталкиваемся при муковисцидозе. Фаготерапия могла бы дополнить существующие методы лечения, не усугубляя устойчивость к антибиотикам. Техника, разработанная в этом сотрудничестве, может решить одну из основных проблем фаготерапии — доставку".

Фаг-покрытые микрочастицы были более эффективны в очистке от бактерий, чем просто высушенные частицы фагов. Полимерный материал биодеградируем и выводился из животных в течение нескольких дней. Метод был успешен против разных штаммов бактерий в биопленках, и исследователи не увидели признаков развития устойчивости.

Следующие шаги — тестирование техники доставки частиц на более крупных животных и против смесей бактерий, а также против хронических инфекций, характерных для муковисцидоза.