Золотые наночастицы в сахарной оболочке быстро уничтожают бактериальные инфекции без антибиотиков

Бактерии на зубах или раненой коже могут образовывать биопленки — слизистые структуры, защищающие их от антибиотиков. Новый подход предлагает простой способ разрушить эту защиту и уничтожить бактерии.

Исследователи из Университета Пенсильвании и Стэнфордского университета создали покрытые сахаром золотые наночастицы для визуализации и уничтожения биопленок. В исследовании, опубликованном в Journal of Clinical Investigation, они продемонстрировали диагностический и терапевтический потенциал наночастиц на зубах и ранах крыс и мышей, уничтожив биопленки всего за одну минуту и превзойдя распространенные антимикробные средства.

"Этот метод позволяет разрушать биопленки без хирургической обработки инфекций, которая может потребоваться при использовании антибиотиков. Кроме того, он может лечить пациентов с аллергией на антибиотики или инфекциями, устойчивыми к лекарствам", — сказала Луиза Рассел, доктор философии, программный директор Отдела науки об открытиях и технологий NIBIB.

Проблема биопленок

Оральные биопленки (зубной налет), образованные бактериями Streptococcus mutans, могут вызывать значительный кариес. Инфекции ран, часто вызываемые бактериями Staphylococcus, могут сильно замедлять заживление. Плотная сеть белков и углеводов в биопленках препятствует проникновению антибиотиков к микробам.

Решение: золотые наночастицы

Золото нетоксично и эффективно преобразует энергию света в тепло, что делает его идеальным для фототермальной терапии. Кроме того, наночастицы золота излучают детектируемые ультразвуковые волны в ответ на свет, что позволяет визуализировать их с помощью фотоакустической визуализации.

В исследовании авторы поместили золотые сферы внутрь более крупных наночастиц в форме клеток, чтобы оптимизировать их реакцию на свет для терапии и визуализации. Чтобы привлечь бактерии, частицы покрыли декстраном — углеводом, который является обычным строительным блоком биопленок.

Результаты экспериментов

• На инфицированных зубах крыс: В тесте на фотоакустическую визуализацию наночастицы четко показали расположение биопленок. При облучении лазером фототермальная терапия оказалась почти на 100% эффективной для уничтожения биопленок, в то время как антисептик хлоргексидин не привел к значительному снижению жизнеспособности бактерий.

  • "Мы прикладывали лазер на одну минуту, но уже примерно за 30 секунд мы убиваем практически все бактерии", — сказала ведущий автор исследования Мариам Хаджфаталян, доктор философии.

• На инфицированных ранах кожи мышей: Тепло, генерируемое наночастицами, значительно превзошло по эффективности антимикробный агент гентамицин. Исследователи зафиксировали повышение температуры на 20°C, локализованное в биопленке, без видимого повреждения окружающих тканей.

Авторы указывают, что дальнейшие тесты направлены на то, чтобы показать, может ли эта стратегия предотвращать кариес или ускорять заживление ран.