Микропузырьки доставляют наночастицы с супрессорами генов для разрушения биоплёнок MRSA

MRSA — метициллин-резистентный золотистый стафилококк — является основной причиной внутрибольничных инфекций. Он не только проявляет сильную устойчивость к существующим антибиотикам, но и образует плотную биоплёнку, блокирующую действие внешних методов лечения.

Исследователи из KAIST в сотрудничестве с международной командой разработали платформу, использующую микропузырьки для доставки наночастиц, нацеленных на гены и способных разрушать биоплёнки. Это предлагает инновационное решение для лечения инфекций, устойчивых к обычным антибиотикам.

Команда под руководством профессора Хён Джун Чун (KAIST) и профессора Хён Джун Конг (Университет Иллинойса) создала платформу для доставки генетического материала на основе микропузырьков (BTN MB). Она точно доставляет супрессоры генов в бактерии для эффективного удаления биоплёнок MRSA.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.

Ключевые элементы разработки:

1. Дизайн олигонуклеотидов: Учёные создали короткие ДНК-олигонуклеотиды, одновременно подавляющие три ключевых гена MRSA:

   • icaA — формирование биоплёнки
   • ftsZ — деление клеток
   • mecA — устойчивость к антибиотикам

2. Инженерия наночастиц: Для эффективной доставки олигонуклеотидов в бактерии были сконструированы наночастицы (BTN).

3. Применение микропузырьков: Микропузырьки (MB) использовались для увеличения проницаемости мембраны микробов и самой биоплёнки MRSA.

Комбинация этих технологий реализует стратегию двойного удара, которая фундаментально блокирует рост бактерий и предотвращает приобретение устойчивости.

Механизм действия системы:

1. Этап 1: Микропузырьки вызывают изменения давления внутри бактериальной биоплёнки, что позволяет наночастицам BTN проникнуть внутрь.
2. Этап 2: Наночастицы проскальзывают через щели в биоплёнке, попадают в бактерии и точно доставляют супрессоры генов. Это приводит к регуляции генов внутри MRSA, одновременно блокируя:
   • регенерацию биоплёнки,
   • пролиферацию клеток,
   • экспрессию устойчивости к антибиотикам.

Результаты испытаний:

• В экспериментах на модели кожи свиньи и модели раневой инфекции у мышей, заражённых биоплёнкой MRSA, группа, получавшая лечение BTN MB, показала:
  • значительное уменьшение толщины биоплёнки,
  • заметное снижение количества бактерий,
  • снижение воспалительных реакций.

Этих результатов трудно достичь с помощью обычной монотерапии антибиотиками. Результаты демонстрируют потенциал для лечения широкого спектра устойчивых бактериальных инфекций.

Цитата руководителя исследования: Профессор Хён Джун Чун (KAIST): «Это исследование представляет новое терапевтическое решение, сочетающее нанотехнологии, подавление генов и стратегии физической доставки для борьбы с инфекциями супербактерий, которые не поддаются лечению существующими антибиотиками. Мы продолжим наши исследования с целью расширения применения для системных инфекций и различных других инфекционных заболеваний».

Исследование выполнено при со-руководстве аспирантки отделения биологических наук KAIST Джу Йеон Чун и доктора Юджин Ан из Университета Иллинойса.