Активируемые светом наночастицы, также известные как квантовые точки, могут существенно повысить эффективность лечения антибиотиками, используемых для борьбы с лекарственно-устойчивыми супербактериями, такими как кишечная палочка и сальмонелла, как показывают новые исследования Университета Колорадо в Боулдере.
Патогены с множественной лекарственной устойчивостью, которые развивают свою защиту быстрее, чем новые антибиотики могут быть разработаны для их лечения, обошлись Соединенным Штатам примерно в 20 миллиардов долларов в виде прямых расходов на здравоохранение и дополнительно в 35 миллиардов долларов в виде потери производительности в 2013 году.
Исследователи из CU Boulder, однако, смогли повторно усилить существующие антибиотики для определенных клинических изолятов инфекций, внедрив нано-инженерные квантовые точки, которые можно избирательно развертывать и активировать или деактивировать с использованием определенных длин волн света.
Вместо обычных атак на заражающие бактерии, точки выделяют супероксид, химический вид, который мешает метаболическим и клеточным процессам бактерий, вызывая реакцию борьбы, которая делает их более восприимчивыми к исходному антибиотику.
«Мы разработали нокаутирующий удар один-два», - сказал Прашант Нагпал, доцент кафедры химической и биологической инженерии Калифорнийского университета в Боулдере (CHBE) и соавтор исследования. «Естественная боевая реакция бактерий [на точки] на самом деле делает их более уязвимыми».
Результаты, которые были опубликованы сегодня в журнале Science Advances, показывают, что точки снижают эффективную антибиотикорезистентность клинических изолятов инфекций в 1000 раз, не вызывая неблагоприятных побочных эффектов.
«Мы думаем больше как жук», - говорит Анушри Чаттерджи, доцент CHBE и соавтор исследования. «Это новая стратегия, которая играет против нормальной силы инфекции и вместо этого катализирует действие антибиотика».
В то время как другие предыдущие методы лечения антибиотиками оказались слишком неизбирательными в своем воздействии, преимущество квантовых точек заключается в том, что они могут избирательно работать на внутриклеточном уровне. Например, сальмонелла может расти и размножаться внутри клеток-хозяев. Точки, однако, достаточно малы, чтобы проникнуть внутрь и помочь избавиться от инфекции изнутри.
«Эти сверхустойчивые микробы уже существуют прямо сейчас, особенно в больницах», - сказал Нагпал. «Это просто вопрос того, чтобы не заразиться ими. Но они находятся в одной мутации от того, чтобы стать гораздо более распространенными инфекциями».
В целом, сказал Чаттерджи, наиболее важным преимуществом технологии квантовых точек является то, что она предлагает клиницистам адаптируемый многогранный подход к борьбе с инфекциями, которые уже выходят за рамки существующих методов лечения.
"Болезнь действует намного быстрее, чем мы", - сказала она. «Медицина тоже должна развиваться».
Двигаясь вперед, исследователи рассматривают квантовые точки как своего рода платформенную технологию, которую можно масштабировать и модифицировать для борьбы с широким спектром инфекций и потенциально использовать в других терапевтических целях.