Учёные из IBM Research совместно с сингапурским Институтом биоинженерии и нанотехнологий синтезировали полимер на основе полиэтилентерефталата, смертельный для грибковых инфекций и в то же время малотоксичный для клеток млекопитающих. Полиэтилентерефталат (ПЭТ) — дешёвый и распространённый материал, из которого делают обычные пластиковые бутылки.

В отличие от большинства антибиотиков и противогрибковых препаратов, полимер не проникает внутрь клетки грибка, нарушая его метаболизм, а разрушает его клеточную мембрану. Благодаря этому невозможно развитие инфекций, устойчивых к препарату — если к практически любому яду болезнетворные бактерии и грибы могут приспособиться, образуя новые формы, устойчивые к антибиотикам, то новый препарат буквально разрывает клетки на части. При этом он действует достаточно избирательно, почти не затрагивая клетки организма.

Во время лабораторных испытаний колонию грибка 11 раз подряд доводили почти до полного уничтожения, обрабатывая сниженной дозой препарата, а затем позволяли восстановиться — никаких признаков выработки устойчивости к лекарству выявить не удалось. В то же время распространённый противогрибковый препарат флуконазол уже после 6 таких повторений терял эффективность.

То, что новый препарат является полимером, то есть длинной цепочкой атомов, состоящей из повторяющихся фрагментов, имеет большое значение для его эффективности — разрушающие клеточную мембрану агенты действуют не поодиночке, а вместе, их локальная концентрация оказывается очень высокой в месте контакта полимерной цепочки с мембраной, при том что средняя концентрация вещества в растворе довольно мала.

Для проверки эффективности и безопасности нового противогрибкового средства была проведена серия опытов на крысах. Крысы были заражены Candida albicans — одним из распространённых видов грибка, который часто служит причиной внутрибольничных инфекций, устойчив ко множеству противогрибковых препаратов и может вызвать серьёзные осложнения после болезней или медицинских процедур, связанных со снижением или подавлением естественного иммунитета. У крыс был индуцирован грибковый кератит — инфекция роговицы глаза, часто возникающая при ношении контактных линз.

Испытания показали высокую эффективность нового полимера даже для устойчивых к лекарствам форм грибка, при этом клетки роговицы оставались практически нетронутыми. Так же слабо реагировали на препарат клетки крови, хотя их разрушение — достаточно типичный побочный эффект для большинства лекарств, воздействующих на клеточную мембрану.

Колония C. albicans до и после обработки. Справа видны остатки разрушенных клеточных мембран.

Похожим образом работает и другой полимерный антибиотик, недавно разработанный в IBM. Он также разрушает клеточную мембрану и эффективен против устойчивого к антибиотикам золотистого стафилококка. От этой инфекции только в США ежегодно гибнет около 18 000 человек. Эта разновидность бактерий эволюционировала в условиях идущей с момента открытия пенициллина «гонки вооружений» между антибиотиками и бактериями — она нечувствительна практически ко всем известным антибактериальным препаратам.

Интересно, что технологии и приёмы, использованные при синтезе новых антимикробных полимеров основаны на опыте IBM в производстве микросхем. Материалы, способные эффективно разрушать клеточную мембрану, были получены в ходе работы над технологией вытравливания подложки микросхемы в атомарном масштабе. Сейчас в IBM Research действует полноценная исследовательская программа в области наномедицины. Учёные считают, что за подобными лекарствами будущее, ведь всё большее распространение инфекций, устойчивых к антибиотикам, уже заставляет некоторых исследователей рисовать апокалиптические картины мира, в котором антибиотики больше не работают.

Статья о новом противогрибковом полимере была опубликована в журнале Nature Communications 9 декабря этого года.