Наночастицы повышают эффективность лекарства против агента биотерроризма
Ученые из Калифорнийского института наносистем (UCLA) разработали систему доставки антибиотика моксифлоксацина с помощью наночастиц, которая значительно повышает эффективность препарата против легочной туляремии — типа пневмонии, вызываемой вдыханием бактерии Francisella tularensis.
Исследование, опубликованное в журнале ACS Nano, показывает, как наносистема нацеливается именно на инфицированные бактериями клетки и максимизирует количество доставляемого в них препарата.
Джеффри Зинк, выдающийся профессор химии и биохимии и старший автор работы, разработал мезопористые кремниевые наночастицы для доставки лекарства. Его команда провела тщательный поиск наилучших частиц для этой задачи.
«Наночастицы полны глубоких пустых пор, — сказал Зинк. — Мы помещаем частицы в раствор с лекарством на ночь, заполняя поры молекулами препарата. Затем мы блокируем выходы пор на поверхности наночастиц молекулами, называемыми наноклапанами, запечатывая лекарство внутри».
Когда нагруженные лекарством наночастицы вводят инфицированному животному (в данном случае мыши), препарат остается внутри них до достижения цели — белых кровяных клеток, называемых макрофагами. Макрофаги поглощают наночастицы в компартменты с кислой средой. Наноклапаны, сконструированные так, чтобы открываться в ответ на более кислое окружение, затем высвобождают лекарство.
«Мы протестировали несколько различных частиц и наноклапанов, пока не нашли те, которые несут максимальное количество лекарства и высвобождают его при точно заданном значении pH», — отметил Зинк.
Бактерия F. tularensis высокоинфекционна и отнесена Центрами по контролю заболеваний к агентам биотерроризма высшего уровня, что означает высокий риск для национальной безопасности и общественного здоровья.
«F. tularensis выживает и размножается внутри макрофагов, особенно в печени, селезенке и легких, — сказал Маркус Хорвиц, выдающийся профессор медицины, микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики, второй старший автор исследования. — Макрофаги легко поглощают мезопористые кремниевые наночастицы, что делает эти частицы идеальными для лечения таких инфекций».
Моксифлоксацин — мощное средство для лечения туляремии, но при введении в виде свободного препарата в кровоток он имеет побочные эффекты. Исследователи UCLA стремились максимизировать эффективность лечения, снизив побочные действия.
«При свободном введении препарата в кровь только 1 или 2% его попадает туда, куда нужно, — пояснил Хорвиц. — В этой системе лекарство содержится внутри наночастиц до тех пор, пока они не окажутся внутри макрофагов, доставляя гораздо большее количество препарата непосредственно к месту инфекции».
Он добавил, что свободно циркулирующие лекарства метаболизируются и выводятся с момента введения, тогда как наночастицы защищают молекулы препарата от метаболизма и выведения до их высвобождения в клетках-мишенях, что потенциально делает нанотерапию очень мощной.
В исследовании сравнивали эффективность свободно введенного моксифлоксацина с препаратом, доставляемым наночастицами с контролируемым высвобождением. У мышей, получивших высоколетальную дозу Francisella tularensis, моксифлоксацин в наночастицах вызывал мало побочных эффектов и был более эффективен в снижении количества бактерий в легких, чем доза свободно введенного моксифлоксацина, в 2–4 раза большая.
Система доставки наночастицами имеет потенциал для максимизации эффективности антибиотиков и снижения побочных эффектов при других инфекционных заболеваниях, включая туберкулез, Ку-лихорадку и болезнь легионеров.