Уничтожение устойчивых бактерий наночастицами

Новые наночастицы, разработанные исследователями из ETH Zurich и Empa, обнаруживают полирезистентные бактерии, скрывающиеся в клетках организма, и убивают их. Цель учёных — создать антибактериальное средство, эффективное там, где обычные антибиотики бессильны.

В гонке вооружений "человечество против бактерий" бактерии в настоящее время лидируют. Наше прежнее чудо-оружие, антибиотики, всё чаще терпит неудачу, когда микробы используют хитрые манёвры для защиты. Некоторые виды даже отступают внутрь человеческих клеток, где остаются "невидимыми" для иммунной системы. К этим особенно опасным патогенам относятся полирезистентные стафилококки (MRSA), способные вызывать опасные для жизни заболевания, такие как сепсис или пневмония.

Чтобы выследить микробы в их укрытиях и уничтожить их, команда исследователей из ETH Zurich и Empa разрабатывает наночастицы, которые используют совершенно иной механизм действия по сравнению с обычными антибиотиками: в то время как антибиотикам трудно проникнуть в человеческие клетки, эти наночастицы могут проникать через мембрану поражённых клеток. Оказавшись внутри, они могут бороться с бактериями.

Биостекло и металл

Команда под руководством Инге Херрманн, профессора наночастичных систем в ETH Zurich и исследователя Empa в Санкт-Галлене, использовала оксид церия — материал, обладающий в форме наночастиц антибактериальными и противовоспалительными свойствами. Исследователи объединили оксид церия с биоактивным керамическим материалом, известным как биостекло, и синтезировали гибридные наночастицы из этих двух материалов.

В клеточной культуре и с помощью электронной микроскопии они изучили взаимодействия между гибридными наночастицами, человеческими клетками и бактериями. Когда учёные обрабатывали заражённые бактериями клетки наночастицами, бактерии внутри клеток начинали разрушаться. Однако если исследователи целенаправленно блокировали поглощение гибридных частиц клетками, антибактериальный эффект исчезал.

Устойчивость маловероятна

Точный механизм действия частиц ещё не до конца изучен. Показано, что и другие металлы обладают антимикробным действием. Однако церий менее токсичен для человеческих клеток, чем, например, серебро. Учёные предполагают, что наночастицы воздействуют на клеточную мембрану бактерий, создавая активные формы кислорода, которые приводят к уничтожению микробов. Поскольку клеточная мембрана человеческих клеток устроена иначе, наши клетки не страдают от этого процесса.

Исследователи полагают, что устойчивость к такому механизму вряд ли разовьётся. Далее они планируют детальнее проанализировать взаимодействие частиц в процессе инфекции, чтобы ещё больше оптимизировать структуру и состав наночастиц. Их цель — разработать простое и надёжное антибактериальное средство, эффективное внутри инфицированных клеток.