Наразі в гонці озброєнь “людство проти бактерій”, бактерії випереджають нас. Наша колишня диво-зброя, антибіотики, зазнають невдач все частіше і частіше, коли мікроби використовують хитрі маневри, щоб захиститися від впливу цих препаратів. Деякі види навіть відступають всередину клітин людини, де залишаються «невидимими» для імунної системи. До таких особливо страшних патогенних мікроорганізмів належать мультирезистентні стафілококи (MRSA), які можуть спричинити захворювання, що загрожують життю людини, такі як сепсис або пневмонія.
Для того, щоб відстежити мікроби в їх сховищах та усунути їх, група дослідників з Empa та ETH Цюріх зараз розробляє наночастинки, які використовують зовсім інший спосіб дії, ніж звичайні антибіотики. Хоча антибіотики мають труднощі з проникненням в клітини людини, ці наночастинки, завдяки своїм невеликим розмірам і структурі, може проникати через мембрану уражених клітин. Потрапивши туди, вони можуть боротися з бактеріями.
Науковці Inge Herrmann та Tino Matter використовували оксид церію, як матеріал з антибактеріальними та протизапальними властивостями у формі наночастинок. Дослідники поєднали наночастинки з біоактивним керамічним матеріалом, відомим як біоскло. Біоскло представляє інтерес у галузі медицини, оскільки воно має різнобічні регенеративні властивості і використовується, наприклад, для реконструкції кісток та м’яких тканин.
Потім вони синтезували полум’яні гібриди наночастинок, виготовлені з оксиду церію та біоскла. Частинки вже успішно використовуються як ранові зшивачі, завдяки чому одночасно можна використовувати декілька цікавих властивостей: Завдяки наночастинкам кровотеча може бути зупинена, запалення може бути послаблене і загоєння ран може бути прискореним. Крім того, нові частинки демонструють значну ефективність проти бактерій, тоді як лікування добре переноситься клітинами людини.
Нещодавно нова технологія була успішно запатентована. Зараз команда опублікувала свої результати у науковому журналі Nanoscale у “Emerging Investigator Collection 2021”.
Знищення мікробів
Дослідники змогли показати взаємодію між гібридними наночастинками, клітинами людини та мікробами, використовуючи електронну мікроскопію, серед інших методів. Якщо заражені клітини обробляти наночастинками, бактерії всередині клітин починали розчинятися. Однак, якщо дослідники спеціально заблокували поглинання гібридних частинок, антибактеріальний ефект зник.
Точний спосіб дії частинок ще не до кінця зрозумілий. Було показано, що інші метали також мають антимікробну дію. Однак церій менш токсичний для клітин людини, ніж, наприклад, срібло. В даний час вчені припускають, що наночастинки впливають на клітинну мембрану бактерій, створюючи активні форми кисню, які призводять до знищення мікробів. Оскільки мембрана клітин людини структурно відрізняється, на наші клітини цей процес не впливає.
“Більше того, частинки церію з часом відновлюються, так що окислювальний ефект наночастинок на бактерії може початися знову”, – говорить дослідник Empa Тіно Маттер. Таким чином, частинки церію можуть мати тривалий ефект.
Далі дослідники хочуть детальніше проаналізувати взаємодію частинок у процесі зараження з метою подальшої оптимізації структури та складу наночастинок. Мета – розробити простий, надійний антибактеріальний засіб, ефективний всередині заражених клітин.
Хитрі мікроби cеред бактерій є деякі особливо хитрі патогени, які проникають у клітини і, таким чином, невидимі для імунної системи. Ось так вони переживають часи, коли захист організму напоготові. Це явище також відоме стафілококи. Вони можуть відступити в клітини шкіри, сполучної тканини, кісток і навіть імунної системи. Механізм цієї стійкості ще не до кінця вивчений.
Стафілококи – це переважно нешкідливі мікроби, які можна виявити на шкірі та слизових оболонках. Однак за певних умов бактерії заливають тіло і викликають сильне запалення або навіть призводять до токсичного шоку та сепсису. Це робить стафілококи основною причиною смерті від інфекцій, що мають лише один тип збудника.
Збільшення кількості стафілококових інфекцій, які більше не піддаються лікуванню антибіотиками, є особливо нестабільним. MRSA, мультирезистентних мікробів, особливо побоюються в лікарнях, де вони як внутрішньолікарняні збудники викликають погано піддаються лікуванню інфекції рани або колонізують катетери та інше медичне обладнання. Загалом у Швейцарії щороку трапляється близько 75 000 госпітальних інфекцій, 12 000 з яких мають летальний результат.
Хімічний елемент церій був несправедливо названий на честь карликової планети Церера; сріблястий метал в даний час робить великий сплеск. Як оксид церію, він вбудовується в автомобільні каталітичні нейтралізатори, а також використовується у виробництві таких різноманітних продуктів, як самоочисні печі, лобове скло та світлодіоди. Його протимікробні та протизапальні властивості також роблять його цікавим для медичного застосування.
Джерело інформації: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210422123616.htm
Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (EMPA)
Journal Reference: Martin T. Matter, Meagan Doppegieter, Alexander Gogos, Kerda Keevend, Qun Ren, Inge K. Herrmann. Inorganic nanohybrids combat antibiotic-resistant bacteria hiding within human macrophages. Nanoscale, 2021; DOI: 10.1039/D0NR08285F