Нанотехнологическое оружие против хронических бактериальных инфекций в больницах

Исследователи обнаружили, что биоплёнки — скопления бактерий, которые прилипают друг к другу на живых тканях и медицинских инструментах, что затрудняет их удаление, — можно заставить распасться с помощью направленного применения наночастиц и тепла.

Исследование Университета Нового Южного Уэльса под совместным руководством доцента Сирилла Буайе опубликовано в открытом журнале Scientific Reports издательства Nature.

"Хронические инфекции на основе биоплёнок часто чрезвычайно устойчивы к антибиотикам и многим другим обычным противомикробным агентам и обладают высокой способностью уклоняться от иммунной системы организма. Наше исследование указывает путь к нетоксичному разрушению биоплёнок в инфицированной ткани, одновременно значительно повышая эффективность антибиотикотерапии", — сказал Буайе.

Биоплёнки связаны с 80% инфекций. Они формируются на живых тканях (например, в дыхательных, желудочно-кишечных и мочевыводящих путях, полости рта, глазах, ушах, ранах, сердце и шейке матки) или существуют в медицинских устройствах (например, диализных катетерах, протезных имплантатах и контактных линзах).

Формирование биоплёнок — растущая и дорогостоящая проблема в больницах. Они приводят к инфекциям, которые сложнее лечить, вызывая хроническое воспаление, нарушение заживления ран, быстрое приобретение антибиотикорезистентности и распространение инфекционных эмболов в кровотоке.

Бактерии существуют в двух формах:

• Планктонная — отдельные независимые клетки.
• Биоплёнки — колонии, растущие в похожей на слизь полимерной матрице, которая защищает их от окружающей среды.

Острые инфекции обычно связаны с планктонными бактериями и поддаются лечению антибиотиками. Однако, когда у бактерий есть время сформировать биоплёнку, инфекция часто становится неизлечимой и переходит в хроническое состояние.

Открытие команды UNSW (под совместным руководством доктора Николя Барро) было сделано на примере оппортунистического патогена человека Pseudomonas aeruginosa. Исследователи полагают, что реакция этой модели организма на методику будет применима к большинству других бактерий.

Когда биоплёнки хотят колонизировать новое место, они распадаются на отдельные клетки. Именно этот процесс команда UNSW стремилась запустить, чтобы снова сделать бактерии уязвимыми для противомикробных агентов.

Метод: Исследователи обнаружили, что, вводя в биоплёнки наночастицы оксида железа (Fe₂O₃) и нагревая их с помощью приложенного магнитного поля (что вызывает локальную гипертермию, повышая температуру на 5°C или более), можно спровоцировать распад биоплёнок.

Для этого использовались наночастицы оксида железа, покрытые полимерами, которые помогают стабилизировать и поддерживать наночастицы в диспергированном состоянии, делая их идеальным нетоксичным инструментом для лечения инфекций биоплёнок.

"Использование этих покрытых полимерами наночастиц оксида железа для разрушения биоплёнок может иметь широкое применение в различных клинических и промышленных условиях. После распада с бактериями легче справиться — это создает потенциал для устранения упорных, устойчивых к противомикробным средствам инфекций биоплёнок", — сказал Буайе.