Автор AZoNano 23 апреля 2021 года

Бактерии в настоящее время опережают людей в гонке вооружений «человечество против бактерий». Антибиотики – прежнее чудо-оружие людей – чаще оказываются неэффективными, потому что микроорганизмы используют хитрые маневры, чтобы обезопасить себя от воздействия этих лекарств.

Некоторые виды даже отступают в пределах человеческих клеток, в которых они остаются «невидимыми» для иммунной системы. К таким опасным патогенам относятся стафилококки с множественной устойчивостью (MRSA), которые могут вызывать сепсис и пневмонию, опасные для жизни заболевания.

Чтобы отследить эти патогены в их убежищах и в конечном итоге удалить их, исследовательская группа из Empa и ETH Zurich в настоящее время разрабатывает наночастицы, которые используют совершенно иной способ действия, чем традиционные антибиотики – в то время как антибиотикам трудно проникать в клетки человека, эти наночастицы могут легко проникать в мембрану пораженных клеток из-за их крошечного размера и структуры.

Достигнув этого места, наночастицы могут бороться с микробами.

Биостекло и металл

Оксид церия, материал с противовоспалительными и антибактериальными свойствами в форме наночастиц, был использован исследовательской группой Инге Херманн и Тино Маттер. Команда объединила наночастицы, используя биоактивный керамический материал под названием биостекло.

Биостекло вызвало большой интерес в области медицины из-за его универсальных регенеративных характеристик и используется, например, для восстановления костей и мягких тканей.

Впоследствии исследователи создали гибридные наночастицы, изготовленные из пламени, состоящие из биостекла и оксида церия. Раньше частицы эффективно использовались в качестве адгезивов для ран, в которых можно одновременно использовать множество удивительных свойств – благодаря этим наночастицам можно смягчить воспаление, остановить кровотечение и ускорить заживление ран.

Помимо этого, новые частицы демонстрируют значительную эффективность против микроорганизмов, и лечение также хорошо переносится человеческими клетками.

Новая технология была успешно запатентована. Исследователи недавно опубликовали свои результаты в научном журнале Nanoscale в «Emerging Investigator Collection 2021».

Коварные микробы

Среди микроорганизмов есть некоторые особо опасные патогены, которые проникают в клетки и, следовательно, невидимы для иммунной системы. Вот как эти патогены выживают, когда защита организма находится в режиме готовности.

Подобный феномен также известен для стафилококков. Эти бактерии могут проникать в кости, клетки соединительной ткани и кожи и даже в иммунную систему. Однако механизм персистентности еще предстоит полностью понять.

Стафилококки – это в основном безвредные микробы, которые можно обнаружить на слизистых оболочках и коже. Но при определенных условиях бактерии проникают в организм и вызывают серьезное воспаление или даже приводят к сепсису и токсическому шоку. Это делает стафилококки ведущей причиной смерти, связанной с инфекциями, от всего лишь одного типа патогена.

Растущее число стафилококковых инфекций, которые больше не реагируют на лечение антибиотиками, особенно опасно.

MRSA, которые являются микробами с множественной устойчивостью, особенно опасны в больницах, где, как внутрибольничные микробы, они колонизируют катетеры и другое медицинское оборудование или приводят к плохо поддающимся лечению раневым инфекциям. В целом в Швейцарии ежегодно происходит около 75 000 госпитальных инфекций, из которых 12 000 заканчиваются смертельным исходом.

Уничтожение микробов

Используя электронную микроскопию, среди других различных методов, команда смогла продемонстрировать взаимодействие между человеческими клетками, гибридными наночастицами и патогенами.

Если наночастицы используются для лечения инфицированных клеток, бактерии внутри клеток начинают растворяться. Но когда команда специально препятствовала поглощению гибридных частиц, этот антибактериальный эффект отсутствовал. Следовательно, точный способ действия частиц еще предстоит полностью понять.

Было продемонстрировано, что антимикробные эффекты присутствуют и в других металлах.

Но церий менее вреден для клеток человека по сравнению, например, с серебром. Исследователи теперь считают, что наночастицы воздействуют на мембрану бактериальной клетки, производя активные формы кислорода, которые уничтожают патогены.

Поскольку клеточная мембрана человека структурно отличается, этот процесс не влияет на человеческие клетки.

По мнению исследователей, это сопротивление может не развиться против такого механизма.

Более того, частицы церия со временем регенерируются, так что окислительное действие наночастиц на бактерии может начаться снова .

Тино Маттер, исследователь, Empa

Таким образом, частицы церия, вероятно, будут иметь длительное воздействие.

Теперь исследователи хотят более подробно изучить взаимодействия частиц, которые происходят в процессе заражения, чтобы улучшить состав и структуру наночастиц. Задача состоит в том, чтобы разработать простое и мощное антибактериальное средство, которое эффективно воздействует на инфицированные клетки.

Церий: мастер на все руки среди химических элементов

Церий – химический элемент, ошибочно названный в честь карликовой планеты Церера. Сегодня этот серебристый металл вызывает большой фурор. Он используется как оксид церия и интегрируется в автомобильные каталитические нейтрализаторы. Он также используется для производства различных продуктов, таких как ветровые стекла, самоочищающиеся печи и светодиоды (LED).

Противовоспалительные и противомикробные свойства этого элемента также делают его привлекательным для использования в медицине.

Ссылка на журнал:

Matter, M. T., и др. . (2021) Неорганические наногибриды борются с устойчивыми к антибиотикам бактериями, скрывающимися в макрофагах человека. Наноразмер . doi.org/10.1039/D0NR08285F.

Источник: https://www.empa.ch/[19459008visible