Гидрофильные наночастицы — новое оружие против устойчивости к антибиотикам
Ежегодно в США происходит более 2,8 млн случаев инфекций, устойчивых к антибиотикам, что приводит к более чем 35 000 смертей.
Чтобы решить эту глобальную проблему, команда исследователей под руководством Хунцзюня (Генри) Лиана из Техасского университета изучила, могут ли новые наночастицы убивать патогены, не затрагивая здоровые клетки.
Исследование "Hydrophilic Nanoparticles that Kill Bacteria while Sparing Mammalian Cells Reveal the Antibiotic Role of Nanostructures" было опубликовано 11 января в Nature Communications.
Ключевой принцип: гидрофильность вместо амфипатичности
- Предыдущие работы показывали, что высокая гидрофобность вещества усиливает его антибактериальный эффект, но также повышает токсичность для клеток млекопитающих.
- Команда Лиана использовала синтетические гидрофильные наноантибиотики — «волосатые» сферы из гидрофильных полимерных щеток, привитых на наночастицы кремнезема (silica).
- Эти частицы убивают бактерии, разрушая их мембраны (подобно природным антимикробным пептидам), но делают это иным способом, безопасным для клеток млекопитающих.
- Важное открытие: Сами по себе гидрофильные полимеры или частицы silica не активны. Антибактериальный эффект возникает только когда полимеры привиты на наноструктуру.
Влияние размера наночастиц
- Антибиотическая активность зависит от размера «волосатых» сфер.
- Частицы размером 50 нанометров и менее значительно активнее более крупных.
- Наиболее активными оказались частицы размером около 10 нанометров.
- Механизм этой размерной зависимости изучался с помощью синхротронного малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS).
Преимущества и перспективы
- Наноантибиотики обходят все известные механизмы бактериальной резистентности. Для устойчивости бактериям пришлось бы полностью перестраивать пути синтеза клеточных мембран, что маловероятно.
- «Бактериям также практически невозможно развить новую устойчивость к таким наноантибиотикам», — подчеркивает Лиан.
- Этот подход открывает путь к созданию новых антибиотиков, которые убивают бактерии при контакте, но безопасны для человека, так как производятся из нетоксичных и экологичных компонентов методами наноинженерии.