Наночастицы как возможное решение проблемы устойчивости к антибиотикам

Примерно 1 из 3300 детей в Германии рождается с муковисцидозом. Характерная черта болезни — нарушение работы одного из белков-каналов на поверхности клетки из-за мутаций. Это снижает количество воды в различных секретах организма, что приводит к образованию вязкой слизи. Как следствие, нарушается работа внутренних органов. Кроме того, слизь блокирует дыхательные пути. Самоочищающая функция лёгких нарушается, слизь заселяется бактериями, что ведёт к хроническим инфекциям.

Лёгкие повреждаются настолько сильно, что пациенты часто умирают или нуждаются в трансплантации. Средняя продолжительность жизни пациента сегодня составляет около 40 лет, во многом благодаря медицинскому прогрессу. Значительную роль в этом играет постоянная терапия ингаляционными антибиотиками. Лечение не может полностью предотвратить колонизацию бактериями, но способно сдерживать её длительное время. Однако бактерии защищаются, вырабатывая устойчивость и формируя под слоем слизи так называемые биоплёнки, которые, как защитный щит, блокируют доступ к бактериям в нижних слоях.

Учёные Йенского университета имени Фридриха Шиллера (Германия) разработали гораздо более эффективный метод лечения часто смертельных инфекций дыхательных путей. Ключевую роль играют наночастицы, которые эффективнее доставляют антибиотики к цели. «Обычно препараты вводятся в организм путём ингаляции. Затем они проделывают сложный путь через организм к патогенам, и многие из них не достигают цели», — отмечает профессор Д. Фишер.

Активные частицы должны иметь определённый размер, чтобы достичь глубоких дыхательных путей, а не отскочить раньше. В конечном итоге они должны проникнуть через толстый слой слизи и нижние слои бактериальной биоплёнки. Чтобы преодолеть сильную защиту, исследователи инкапсулировали действующие вещества (например, антибиотик тобрамицин) в полиэфирный полимер. Так они создали наночастицу, которую затем протестировали в лаборатории. Исследовательская группа Плетца разработала новые тестовые системы, имитирующие ситуацию в хронически инфицированном лёгком при муковисцидозе.

Учёные обнаружили, что их наночастица легче проходит через губчатую сеть слизистого слоя и в итоге без проблем уничтожает патогены. Кроме того, дополнительное покрытие из полиэтиленгликоля делает её практически невидимой для иммунной системы. «Все материалы наноносителя биосовместимы, биоразлагаемы, нетоксичны и, следовательно, не опасны для человека», — заявляет исследователь.

Однако учёные из Йены пока точно не знают, почему их наночастица борется с бактериями намного эффективнее. Но они намерены выяснить это в ближайший год. «У нас есть два предположения: либо значительно более эффективный метод доставки продвигает гораздо большее количество активных ингредиентов в центр инфекции, либо наночастица обходит защитный механизм, который бактерия выработала против антибиотика», — объясняет Фишер. «Это означало бы, что нам удалось вернуть эффективность антибиотику, который уже потерял её из-за развития устойчивости бактерий».

«Более конкретно, мы предполагаем, что бактерии из нижних слоёв биоплёнки превращаются в dormant persisters и почти не поглощают вещества извне. В этой стадии они толерантны к большинству антибиотиков, которые убивают только самоделящиеся бактерии. Наночастицы более или менее против их воли доставляют антибиотики во внутреннюю часть клетки, где те могут развернуть своё воздействие», — добавляет исследователь М. Плетц.

Кроме того, йенской исследовательской группе пришлось подготовить наночастицы для ингаляции. Потому что при размере в 200 нанометров частица слишком мала, чтобы попасть в глубокие дыхательные пути. «Дыхательная система отфильтровывает как слишком большие, так и слишком маленькие частицы, — объясняет Д. Фишер. — Таким образом, остаётся предпочтительное окно от одного до пяти микрометров». У исследователей из Йены также есть многообещающие идеи для решения этой проблемы.

Учёные из Йены уже убеждены, что нашли очень перспективный метод борьбы с респираторными инфекциями у пациентов с муковисцидозом. Таким образом, они могут способствовать повышению продолжительности жизни пострадавших. «Мы смогли показать, что нанопокрытие улучшает воздействие антибиотиков на биоплёнку в 1000 раз», — говорит Фишер.