Нанотехнології проти бактерій, або хто кого?
Побутові кошти, які можна знайти в кожному будинку - наприклад, хлорні відбілювачі і спиртові розчини - містять антибактеріальні препарати, які служать для дезінфекції різних поверхонь. Лікування лікарсько-стійких інфекцій шкіри або внутрішніх інфекційних захворювань - завдання набагато складніша, ніж дезінфекція лікарняної палати.
оскільки звичайні антибіотики стають все менш ефективними, і багато побутові дезінфікуючі засоби не підходять для застосування в медицині.
Фахівці IBM Research спільно з колегами з IBN розробили синтетичний протимікробний гідрогель, що складається більш ніж на 90% з води. Нова розробка може бути використана при створенні кремів для лікування шкірних інфекцій і препаратів для ін'єкційної терапії, а також дезінфекції катетерів, зондів і медичних трубок, швидкого загоєння ран в хірургії та антибактеріальної обробки імплантатів в стоматології.
Поява мікробних біоплівок, здатних колонізувати практично будь-яку тканину і поверхню, супроводжує розвитку більше 80% всіх інфекцій, особливо у випадках, пов'язаних із застосуванням медичних інструментів та обладнання. Біоплівки, сформовані мертвими клітинами мікроорганізмів, є одним з ключових факторів, що викликають розвиток внутрішньолікарняних інфекцій, які входять у першу п'ятірку основних причин смертності в Сполучених Штатах, і на які припадає до 11 млрд. Доларів щорічних витрат в галузі охорони здоров'я.
Читайте також: Антибіотики марні. Це "кінець світу"?
Незважаючи на застосування передових засобів стерилізації та асептичної обробки, інфекції, зумовлені використанням медичних пристроїв, досі не викорінені. Це пов'язано, в числі іншого, з розвитком бактерій, стійких до лікарських препаратів. За даними Національного центру з контролю і профілактики захворювань (CDC), стійкість бактерій до антибіотиків щорічно обходиться США в 20 млрд. Доларів витрат на охорону здоров'я і в 8 млн. Додаткових днів, в цілому проведених пацієнтами в лікарнях.
Дослідникам вдалося створити макромолекули полімерної речовини - молекулярну структуру, що містить велику кількість атомів, яка поєднує в собі такі властивості як розчинність у воді, позитивний заряд і здатність до біологічного розкладання. При змішуванні з водою і нагріванні до температури тіла полімери самостійно формуються в синтетичний гель, яким легко маніпулювати. Ця здатність пов'язана з міжмолекулярними взаємодіями, які створюють ефект "молекулярної застібки-блискавки". Невеликі сегменти нових полімерів з'єднуються один з одним подібно до того, як зчіплюються зубці блискавки, забезпечуючи загустіння водного розчину до стану еластичних гідрогелів. Володіючи багатьма властивостями водорозчинних полімерів і, в той же час, не будучи легкорозчинними, такі речовини можуть зберігатися у фізіологічних умовах, демонструючи, при цьому, антибактеріальну активність.
"Цей гель пропонує принципово інший підхід до боротьби з бактеріальними біоплівки. У порівнянні з можливостями сучасних антибіотиків і гідрогелів, нова технологія несе в собі величезний потенціал, - підкреслив Джеймс Хедрік (James Hedrick), дослідник з IBM Research, який займається передовими органічними матеріалами. - Ця технологія з'явилася дуже вчасно, коли традиційні хімічні та біологічні методи боротьби з лікарсько-стійкими бактеріями та інфекційними захворюваннями стають все менш ефективними ".
При нанесенні гідрогелю на заражену поверхню або відкриту рану, його позитивний заряд притягує все негативно заряджені клітинні мембрани мікроорганізмів - подібно до того, як потужна гравітація притягує матерію в чорну діру. Однак, на відміну від більшості антибіотиків і гідрогелів, які націлені на внутрішню біомеханіку бактерій для запобігання їх розмноження, новий гідрогель вбиває бактерії шляхом руйнування мембрани, що виключає виникнення будь-якої форми резистентності.
"Ми були змушені розробити більш ефективний засіб проти стійких до дії антибіотиків бактерій через смертельну загрозу зараження швидко мутирующими мікробами і відсутності нових антимікробних лікарських препаратів. Використовуючи недорогі і універсальні полімерні матеріали, розроблені спільно з IBM, ми готові розпочати активну боротьбу з лікарсько- стійкими біоплівки. Нова технологія допоможе поліпшити медичне обслуговування і благотворно вплинути на здоров'я людей ", - вважає Йі-Ян Янг (Yi-Yan Yang), керівник наукової групи з Інституту біоінженерії і нанотехнологій, Сінгапур.
Дослідницька програма по полімерам для наномедицини, яка була запущена всього чотири роки тому з метою поліпшення здоров'я людей, спирається на багаторічний досвід розробки матеріалів, традиційно використовуваних в напівпровідникових технологіях. Нове наукове досягнення надасть вченим можливість одночасно використовувати декілька різних методів для створення нових матеріалів, які можуть знайти застосування в медицині і фармакології. Співпраця такого масштабу між галуззю і науковими колами об'єднує кращі уми і ресурси цілого ряду дослідницьких організацій для того, щоб зробити рішення для практичної наномедицини реальністю.
За матеріалами журналу Angewandte Chemie
Лідія Філіппова
