Приблизительно каждый третий 300 детей в Германии рождается с муковисцидозом. Характерной чертой этого заболевания является то, что один белковый канал на клеточной поверхности нарушается мутациями. Таким образом, количество воды различных выделений в организме уменьшается, что создает вязкую слизь. Как следствие, внутренние органы выходят из строя. Кроме того, слизь блокирует дыхательные пути. Таким образом, нарушается саморегулирующая функция легких, слизь заселяется бактериями и следуют хронические инфекции. Легкие настолько сильно повреждены, что пациенты часто умирают или нуждаются в пересадке легкого. Средняя продолжительность жизни пациента сегодня составляет около 40 лет. Это связано с развитием медицины. Немалую роль в этом играет постоянное лечение ингаляционными антибиотиками. Лечение не может полностью предотвратить колонизацию бактериями, но может держать ее под контролем в течение более длительного периода времени. Однако бактерии защищаются развитием резистентности и ростом так называемых биопленок под слоем слизи, которые в основном блокируют бактерии в нижних рядах, как защитный щит..
Сложный путь к возбудителям
Ученым из Университета Фридриха Шиллера в Йене, Германия, удалось разработать гораздо более эффективный метод лечения инфекций дыхательных путей, которые часто приводят к летальному исходу. Решающее значение имеют наночастицы, которые более эффективно доставляют антибиотики к месту назначения. «Как правило, препараты вводятся ингаляционно в организм. Затем они проделывают сложный путь через организм к возбудителям, и многие из них не доходят до места назначения», - говорит профессор кафедры фармацевтических технологий Йенского университета, доктор Дагмар Фишер, которая руководила проектом вместе с ее коллега профессор д-р Матиас Плетц, пульмонолог и врач-инфекционист, из Центра инфекционных заболеваний и инфекционного контроля в университетской больнице Йены. Проект был поддержан Deutsche Forschungsgemeinschaft. Прежде всего, активные частицы должны иметь определенного размера, чтобы добраться до более глубоких дыхательных путей и не отскочить куда-то еще раньше. В конечном счете, они должны проникнуть в толстый слой слизи на дыхательных путях, а также в нижние слои бактериальной биопленки.
Наночастицы путешествуют более эффективно
Чтобы преодолеть сильную защиту, исследователи инкапсулировали активные вещества, такие как антибиотик тобрамицин, в полиэфирный полимер. Таким образом, они создали наночастицу, которую затем протестировали в лаборатории, где они заранее смоделировали настоящее состояние легких как в статическом, так и в динамическом состоянии, т.е. е. с имитацией движения потока. Поэтому исследовательская группа Плетца разработала новые тест-системы, способные имитировать ситуацию с хронически инфицированным CF-легким. Ученые обнаружили, что их наночастицы легче проходят через губчатую сеть слизистого слоя и, наконец, способны без проблем убивать патогены. Более того, дополнительно нанесенное покрытие из полиэтиленгликоля делает его практически невидимым для иммунной системы. «Все материалы наноносителя биосовместимы, биоразлагаемы, нетоксичны и поэтому не опасны для человека», - сообщает исследователь.
Однако ученые из Йены еще точно не знают, почему их наночастицы намного эффективнее борются с бактериями. Но они хотят окончательно получить разъяснения в следующем году.«У нас есть два предположения: либо гораздо более эффективный метод транспортировки доставляет значительно большее количество активных ингредиентов к очагу инфекции, либо наночастицы обходят защитный механизм, который бактерия выработала против антибиотика», - объясняет фармацевт из Йены Фишер. «Это означало бы, что нам удалось вернуть действие антибиотика, который уже утратил его в результате развития резистентности бактерий».
Более конкретно, мы предполагаем, что бактерии из нижних слоев биопленки превращаются в спящих персистеров и почти не поглощают какие-либо вещества извне. На этом этапе они толерантны к большинству антибиотиков, которые убивают только самоделящиеся Наночастицы переносят антибиотики более или менее против их воли во внутреннюю часть клетки, где они могут проявить свое воздействие», - добавляет Матиас Плетц.
Кроме того, исследовательская группа Йены должна была подготовить наночастицы для ингаляции. Потому что частица размером 200 нанометров слишком мала, чтобы проникнуть в более глубокие дыхательные пути. «Система дыхания отфильтровывает как слишком крупные, так и слишком мелкие частицы», - объясняет Дагмар Фишер. «Итак, у нас остается предпочтительное окно от одного до пяти микрометров». У исследователей из Йены также есть многообещающие идеи для решения этой проблемы.
Покрытие наночастиц усиливает воздействие антибиотиков на биопленки
На данный момент ученые из Йены уже убеждены, что нашли очень многообещающий метод борьбы с респираторными инфекциями у пациентов с муковисцидозом. Таким образом, они могут способствовать увеличению продолжительности жизни пострадавших. «Нам удалось показать, что покрытие из наночастиц улучшает воздействие антибиотиков на биопленку в 1000 раз», - с радостью сообщает пульмонолог и инфекционист.