Наночастицы убивают устойчивых к лекарствам бактерий

Исследователи компании IBM разработали наночастицы, уничтожающие бактерии посредством перфорации бактериальной оболочки. Такой механизм действия исключает вероятность развития устойчивости

.

В последние годы устойчивые к антибиотикам бактерии все чаще вызывают вспышки опасных для жизни людей внутрибольничных инфекций. Обычно микроорганизмам требуется 10–20 лет для развития устойчивости к новому антибактериальному препарату, однако специалисты считают, что новая разработка IBM лишена этого недостатка.

Бактерии до (слева) и через 8 часов после (справа) инкубации с наночастицам

Ученые, работающие под руководством Джеймса Хедрика (James Hedrick), использовали три разновидности синтетических мономеров («строительных блоков», используемых для синтеза полимеров) для создания наночастиц, избирательно повреждающих оболочки бактериальных клеток и разрушающихся в организме до безвредных соединений.

• Центральный элемент антибактериального тримера водорастворим и обладает способностью вступать во взаимодействие с бактериальными мембранами. С двух сторон от него располагаются гидрофобные последовательности. При добавлении небольшого количества таких полимерных цепочек в воду они самопроизвольно формируют сферические наночастицы, внешняя поверхность которых полностью представлена взаимодействующим с бактериальной стенкой элементом.

Такие наночастицы могут стать активным компонентом препаратов для внутривенного введения для лечения пациентов с угрожающими жизни инфекционными заболеваниями, а также гелей для нанесения на раневую поверхность в целях лечения или профилактики инфекций.

• Для тестирования свойств наночастиц разработчики обратились за помощью к специалистам Сингапурского института биоинженерии и нанотехнологии. Эксперименты показали, что наночастицы эффективно разрушают и уничтожают грамположительные бактерии, в том числе устойчивые формы стафилококков, и патогенные грибки. К сожалению, они бессильны против грамотрицательных бактерий, обладающих мембраной другого типа. Исследователи планируют решить и эту проблему, однако признают, что это может оказаться достаточно сложной задачей.

Специалисты отмечают, что до сих пор обладающие подобным механизмом действия препараты не выходили из стен лабораторий из-за своей токсичности или утраты эффективности в условиях живого организма. Предварительное тестирование новых наночастиц на клетках крови человека и живых мышах продемонстрировало очень обнадеживающие результаты. Из-за разности в электрических зарядах наночастицы никак не контактируют с клетками крови, а у мышей, которым вводили наночастицы, не проявилось ни малейших признаков отравления. Однако разработчики признают, что дальнейшее тестирование необходимо.

http://rnd.cnews.ru/…cience.shtml?…

.

IBM nanoparticle destroys drug resistant bacteria

IBM и Институт биоинженерии и нанотехнологий нашли революционный метод лечения заболеваний, вызванных инфекцией MRSA

Исследователи из корпорации IBM (NYSE: IBM) и Института биоинженерии и нанотехнологий (Institute of Bioengineering and Nanotechnology) совершили прорыв в области наномедицины. Новые типы полимеров продемонстрировали реальную способность обнаруживать и уничтожать устойчивых к антибиотикам бактерий и возбудителей инфекционных заболеваний, таких, в частности, как штамм золотистого стафилококка, устойчивый к метициллину (Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus, MRSA)

• Эти наноструктуры, обнаруженные благодаря принципам, применяемым в производстве полупроводников, «притягиваются» к инфицированным клеткам как магнитом, что дает им возможность выборочно уничтожать бактерии, трудно поддающиеся лечению, не разрушая здоровые клетки вокруг них. Эти агенты также препятствуют развитию у бактерий устойчивости к лекарственному средству, фактически прорываясь через клеточную стенку и мембрану внутрь клетки бактерии, что позволяет говорить о принципиально ином способе атаки на инфицированные клетки по сравнению с традиционными антибиотиками.

MRSA является лишь одним видом опасных бактерий, которые обычно поражают кожу, и которыми легко заразиться в таких местах как спортзалы, школы и больницы, где люди находятся в тесном контакте друг с другом. В 2005 году бактерии MRSA стали причиной около 95000 серьезных инфекционных заболеваний, что в почти 19000 случаях привело к летальному исходу в больницах США.

• Проблема с инфекциями подобно MRSA сложна вдвойне. Во-первых, устойчивость к лекарственным препаратам, которая возникает из-за того, что микроорганизмы способны развиваться, чтобы эффективно противостоять действию антибиотиков, поскольку современные методы лечения оставляют клеточную стенку и мембрану их клеток почти неповрежденными. Кроме того, большие дозы антибиотиков, необходимые, чтобы убить такую инфекцию, уничтожают без разбора, наряду с заражёнными эритроцитами, и здоровые красные кровяные тельца.

«Количество бактерий в ладони руки человека превосходит численность всего населения планеты, — отметил доктор Джеймс Хедрик (James Hedrick), ученый из исследовательского центра IBM Research – Almaden, который занимается исследованиями перспективных органических материалов. — Благодаря этому открытию, мы сегодня можем использовать результаты многолетних исследований и разработок в области материаловедения, которые проводились в полупроводниковой промышленности, для создания принципиально нового механизма доставки лекарственного вещества, способного сделать лекарства более эффективными и узкоспециализированными с точки зрения лечебного эффекта»,

При производстве в промышленном масштабе, эти биологически разлагаемые наноструктуры могут вводиться в организм непосредственно или наноситься на кожу, что позволит лечить кожные инфекции с помощью таких предметов повседневного использования как дезодоранты, мыло, влажные салфетки и другие дезинфицирующие средства. Эти наноструктуры могут также быть использованы для заживления ран, для лечения туберкулеза и легочных инфекций.

Yiyan Yang

«Используя наши новые наноструктуры, мы можем предложить действительно эффективное терапевтическое решение для лечения инфекций MRSA и других инфекционных заболеваний», — подчеркнула доктор Йиян Янг (Yiyan Yang), руководитель научной группы в Сингапурском Институте биоинженерии и нанотехнологий (Institute of Bioengineering and Nanotechnology).

Как это работает

• Иммунная система человека предназначена для защиты нас от вредных веществ, как внутри, так и снаружи, однако, по ряду причин, многие из обычных антибиотиков сегодня либо отторгаются организмом, либо дают ограниченный положительный эффект при лечении заболеваний, вызываемых лекарственно-устойчивыми бактериями. Антибактериальные агенты, разработанные в IBM Research и Институте биоинженерии и нанотехнологий, специально нацелены на зараженные зоны для системной доставки лекарственного вещества.

Как только эти полимеры начинают взаимодействовать с водой в организме или на теле человека, они самостоятельно образуют новую полимерную структуру, которая под воздействием электростатических сил притягивается к зараженным клеткам и прорывается через их клеточные стенки и мембраны. У бактерий не может вырабатываться устойчивость к этим наночастицам просто из-за физической природы данного явления.

• Электрический заряд, обнаруженный, как и ожидалось, в клетках, играет очень важную роль, поскольку новые полимерные структуры притягиваются только к зараженным участкам, сохраняя нетронутыми здоровые красные кровяные тельца (эритроциты), которые являются переносчиками кислорода в организме и борются с бактериями.

В отличие от большинства антибактериальных агентов, эти структуры являются биодеградируемыми (т.е. поддающимися биологическому разложению), что расширяет сферу их потенциального применения, поскольку они могут выводиться из организма естественным образом (а не остаются в организме и накапливаются в его органах).

• Антибактериальные полимеры были созданы IBM Researchи Институтом биоинженерии и нанотехнологий, и испытаны против клинических микробных образцов в Государственной лаборатории диагностики и лечения инфекционных заболеваний (State Key Laboratory for Diagnosis and Treatment of Infectious Diseases), в больнице First Affiliated Hospital, Медицинском колледже (College of Medicine) и Университете Чжэцзян (Zhejiang University) в Китае. Подробная статья об этом открытии была недавно опубликована в авторитетном научном журнале Nature Chemistry.

.

Исследователи из IBM уже применяют принципы нанотехнологий для создания потенциальных инноваций в медицине, таких как «ДНК-транзистор» (DNA Transistor) и трехмерная магнитно-резонансная томография (3-D MRI). Самая последняя по времени подобная работа ученых IBM – одноступенчатый тест экспресс-диагностики, основанный на инновационном кремниевом чипе, для которого требуется существенно меньшее количество образца. Этот тест, названный Lab on a Chip («Лаборатория на чипе»), может выполняться значительно быстрее традиционных аналогов, он портативен, прост в использовании и применим для диагностики многих болезней. Результаты этого теста настолько быстры и точны, что небольшой образец крови пациента может быть проверен непосредственно после сердечного приступа, что позволит врачу сразу же предпринять необходимые действия, чтобы помочь пациенту выжить.

Об Институте биоинженерии и нанотехнологий

• Институт биоинженерии и нанотехнологий (Institute of Bioengineering and Nanotechnology, IBN), основанный в 2003 году, проводит передовые исследования, охватывающие различные области технологий, биологических наук и медицины, и направленные на ускорение научно-технического прогресса, который позволит улучшить здравоохранение и повысить качество жизни.

IBM and The Institute of Bioengineering and Nanotechnology Find Breakthrough for MRSA Treatment

IBN and IBM Co-Develop New Weapon Against Drug-Resistant Superbugs

САН-ХОСЕ, штат Калифорния

http://12news.ru/…all1783.html

Institute of Bioengineering and Nanotechnology (IBN)