Кремниевые «умные бомбы» наносят удар по бактериям

Бактерии, мутируя, уклоняются от действия антибиотиков, ежегодно убивая десятки тысяч людей в США. В поисках новых подходов к борьбе с устойчивыми бактериями исследователи из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл создали наноразмерные носители, доставляющие бактерицидную молекулу без использования лекарств.

Группа Марка Шенфиша разработала наночастицы из кремнезема (silica), загруженные оксидом азота (NO) — важной молекулой в организме млекопитающих, которая участвует в регуляции кровяного давления, передаче нервных импульсов и борьбе с бактериальными инфекциями.

«Сложность заключалась в том, чтобы сохранить NO в форме, пригодной для доставки к бактериальным клеткам», — пояснил аспирант Эван Хетрик, ведущий автор статьи в журнале ACS Nano.

Хотя организм постоянно производит NO и может усиливать его выработку для борьбы с инфекцией, иногда этого недостаточно. Предыдущие попытки доставки NO с помощью малых молекул сталкивались с проблемами: было сложно контролировать высвобождение соединения, а сами молекулы могли быть токсичны для здоровых клеток.

«Кремниевые носители легко хранят NO, и мы можем очень точно контролировать его высвобождение», — отметил Шенфиш.

Исследователи протестировали свои кремниевые наночастицы и малые молекулы против бактерии Pseudomonas aeruginosa, часто встречающейся при ожоговых и раневых инфекциях.

Оба метода полностью уничтожили бактерии. Однако наночастицы доставили NO прямо к бактериям, в то время как малые молекулы высвобождали NO неспецифично, и его концентрация снижалась по пути к клеткам-мишеням.

«С кремниевыми частицами больше NO фактически достигало внутренней части клеток, что повышало эффективность наночастиц по сравнению с малыми молекулами. Таким образом, общее количество NO, необходимое для уничтожения бактерий, намного меньше при использовании наночастиц», — сказал Шенфиш.

Тесты на мышиных клетках показали, что кремниевые наночастицы не токсичны для здоровых клеток, в отличие от малых молекул.

Лаборатория Шенфиша имеет опыт создания различных покрытий, высвобождающих NO, для биомедицинских применений, таких как антиинфекционные покрытия или улучшение интеграции имплантатов.

Количество и скорость высвобождения NO легко регулируются путем модификации наночастиц. Будущие исследования будут включать изучение других штаммов бактерий, активное таргетирование и распределение частиц в организме.