Разработаны 2D ультразвуковые антибактериальные нанолисты для борьбы с инфекцией костной ткани

Исследовательская группа под руководством профессора Кельвина Йонга Вай-квока из Отдела ортопедии и травматологии Медицинского факультета Ли Ка Шинга (HKUMed) Университета Гонконга разработала неинвазивную технологию без применения антибиотиков для эффективного снижения инфекции, вызываемой метициллин-резистентным Staphylococcus aureus (MRSA), в костной ткани.

Новые антибактериальные нанолисты способны высвобождать большое количество активных форм кислорода (ROS) под действием ультразвуковой стимуляции. Благодаря покрытию мембраной нейтрофилов (NM) нанолисты могут активно захватывать бактерии MRSA, глубоко расположенные в костной ткани, и эффективно уничтожать 99,72% ± 0,03% из них. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Остеомиелит — это инфекция кости или костного мозга, вызываемая бактериями, грибками или другими микроорганизмами. Наиболее частым возбудителем является MRSA. Тяжелые инфекции могут привести к риску ампутации или даже вызвать опасный для жизни сепсис. Стандартное лечение включает антибиотики и хирургическую обработку для удаления инфицированной кости или ткани.

Однако чрезмерное использование антибиотиков не только нарушает врожденную иммунную функцию организма, но и может способствовать появлению устойчивых патогенов. В последнее время в качестве стратегии без антибиотиков применяется фототерапия (фотодинамическая и фотothermalная), но она не способна бороться с глубокими инфекциями в костях из-за ограниченной проникающей способности света.

Поэтому исследователи обратились к альтернативной стратегии, использующей высокую проникающую способность ультразвука в тканях человека.

Команда HKUMed создала новый двумерный (2D) соносенсибилизатор — нанолисты Ti₃C₂-SD(Ti³⁺). Обычные соносенсибилизаторы, имеющие нулевую размерность, обладают ограниченной эффективностью в генерации ROS.

Инновационный 2D соносенсибилизатор, содержащий множество планарных каталитических центров, может эффективно генерировать большое количество ROS при активации ультразвуковым сигналом. После покрытия мембраной нейтрофилов (NM) нанолисты NM-Ti₃C₂-SD(Ti³⁺) (NM-нанолисты) способны активно находить бактерии MRSA в костной ткани под действием ультразвука.

В модели на животных новые нанолисты уничтожили бактерии MRSA в кости более чем в 99,72% случаев, тогда как терапия антибиотиком (ванкомицин) оказалась неэффективной. Кроме того, NM-нанолисты также могут уменьшать воспаление тканей и способствовать восстановлению кости после контроля инфекции. Покрытые мембраной нанолисты не демонстрируют острых проблем с биобезопасностью.

Профессор Кельвин Йонг отметил: «Наша разработка совершила качественный скачок, преобразовав каталитический центр ROS в соносенсибилизаторе из нульмерного в двумерный. Это изобретение может значительно увеличить выработку бактерицидного агента (ROS). В будущем мы также можем рассмотреть применение этой технологии для борьбы с послеоперационными бактериальными инфекциями у пациентов с раком кости или у пациентов с циститом и перитонитом».