Гель с наногубками очищает инфекции MRSA

Инженеры-нанотехнологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали гель, наполненный токсин-поглощающими наногубками, который может стать эффективным средством для лечения кожных и раневых инфекций, вызванных MRSA (метициллин-резистентным Staphylococcus aureus), устойчивой к антибиотикам бактерией. Этот "наногубка-гидрогель" минимизировал рост кожных поражений у мышей, инфицированных MRSA, — без использования антибиотиков. Результаты опубликованы в Advanced Materials.

Для создания наногубка-гидрогеля команда смешала наногубки (наночастицы, поглощающие опасные токсины, вырабатываемые MRSA, E. coli и другими устойчивыми бактериями) с гидрогелем (гель из воды и полимеров). Гидрогель удерживает наногубки в месте инфекции, чтобы они могли удалять токсины.

"Мы объединили сильные стороны двух разных материалов — наногубок и гидрогелей — чтобы создать мощную формулу для лечения локальных бактериальных инфекций", — сказал руководитель исследования Лянфан Чжан. "Наногубки сами по себе сложно использовать на локальных тканях, так как они очень быстро диффундируют в другие части тела. Интегрировав наногубки в гидрогель, мы можем удерживать их в месте инфекции".

Поскольку лечение наногубка-гидрогелем не предполагает использования антибиотиков, по мнению исследователей, оно, вероятно, не будет подвержено существующей устойчивости бактерий. Также, так как антибиотики не задействованы, лечение, вероятно, не вызовет развития новой резистентности.

Эта работа является продолжением исследования, представленного командой в Nature Nanotechnology в 2013 году. Тогда было показано, что наногубки поглощают вредные бактериальные токсины в кровотоке, отвлекая их от настоящих мишеней — эритроцитов. В новом исследовании команда сообщает, что удаление бактериальных токсинов потенциально может привести к излечению устойчивых инфекций.

"Один из способов лечения этих инфекций — удалить токсины, которые действуют как оружие и защитный щит для производящих их бактерий", — пояснил Чжан. "Мы предполагаем, что без токсинов бактерии значительно ослабевают и становятся уязвимыми, позволяя иммунной системе организма уничтожать их легче, без применения лекарств".

Как работает лечение наногубка-гидрогелем

Каждая наногубка — это наночастица, покрытая мембраной эритроцита. Это покрытие маскирует наногубки под красные кровяные клетки, которые и являются настоящими мишенями токсинов MRSA. Маскируясь под эритроциты, наногубки привлекают и удаляют вредные токсины из кровотока. Чтобы удалить токсины из конкретного места (например, инфицированной раны), необходимо удержать там множество наногубок. Здесь ключевую роль играет гидрогель: он может удерживать миллиарды наногубок на миллилитр в одном месте. Поры гидрогеля достаточно малы, чтобы удержать большинство наногубок, но достаточно велики, чтобы токсины легко проникали внутрь и прикреплялись к ним.

Исследователи показали, что лечение наногубка-гидрогелем сдерживало размер кожных поражений, вызванных MRSA. У мышей поражения, обработанные наногубка-гидрогелем, были значительно меньше, чем необработанные.

"После инъекции наногубка-гидрогеля в инфицированное место мы наблюдали, как он поглощает токсины, секретируемые бактериями, и предотвращает дальнейшее повреждение местных тканей крови, кожи и мышц", — сказал Чжан.

Команда также продемонстрировала эффективность гидрогеля в удержании наногубок в теле. Через два дня после инъекции наногубка-гидрогеля под кожу мыши почти 80% наногубок всё ещё оставались в месте инъекции. Когда наногубки вводили без гидрогеля, только 20% оставались на месте через два часа. Большая часть диффундировала в окружающие ткани.