Антибиотики без барьеров

Красные иммунные лимфоциты на сферах с трансплантированными клетками.

Более полувека назад, в 1959 году, будущий нобелевский лауреат Ричард Фейнман призвал коллег «думать нано», то есть постараться увидеть невидимое, поскольку оптический микроскоп из-за большой длины световых волн не позволяет видеть объекты размером менее 350 нанометров (нм). Нынешние технологии позволяют не только видеть, но и производить наночастицы менее 100 нм в диаметре. Однако их применение в терапии наталкивается на факт нежелательного «рассеяния» в организме.

Принцип «есть чтобы жить» лежит в основе биосферы и ее пищевых пирамид и цепей. Вирусы, не являющиеся организмами в силу того, что у них нет собственного обмена веществ, «выедают» бактерии и клетки, материальные и энергетические ресурсы которых используют для построения новых вирусных частиц. Бактерии и одиночные клетки едят что попало. Однако болезнетворные поедают клетки многоклеточных организмов, вызывая инфекционные и паразитарные заболевания. Борьба с этими заболеваниями наталкивается на барьер лекарственной резистентности (невосприимчивости). То же можно сказать и раковых клетках.

Одним из открытий последнего времени является то, что не только нейроны «общаются» с мышечными клетками с помощью нейромедиаторов-трансмиттеров (например, адреналина). Оказалось, что раковые клетки обмениваются с опухолевыми, или туморо-ассоциированными макрофагами (ТАМ), при помощи малых РНК, а патогенные микроорганизмы посредством стрептидов. Последние представляют собой пептиды («осколки» белковых молекул) и были открыты у стрептококков, откуда их название. Стрептиды необходимы для «единения» множества кокковых клеток, образующих биопленки, не пропускающие антибиотики и иммунные клетки. Об этих исследованиях сообщалось в журналах J. Natl Cancer Institute и Nature Chemistry.

Губчатая наносфера с полимерной сердцевиной и коричневой оболочкой эритроцита, в которую встроены разноцветные молекулы бактериальных токсинов. Иллюстрации Physorg

Одним из устойчивых к антибиотику метициллину кокков является MRSA – золотистый стафилококк, который «сидит» у нас в коже и мягких тканях. Этот стафилококк выбрасывает в кровь белки-токсины, образующие в оболочках клеток поры (PFT – Pore-Forming Toxins). Вообще-то, в клеточных мембранах много «пористых» протеинов, например ионные поры нейронов или аквапорин, через который идет транспорт воды, а иммунные лимфоциты атакуют инфицированные вирусами клетки с помощью молекул перфорина, проделывающего дырки диаметром до 120 нм. Стафилококк с помощью молекул токсина «пробивает» оболочку эритроцитов (красных кровяных клеток), получая тем самым доступ к их энергоемкому белку гемоглобину, что обеспечивает рост и размножение микробных клеток.

Два года назад специалисты Калифорнийского университета в Сан-Диего предложили наногубки, представляющие собой сферы диаметром не более 90 нм, которые успешно поглощают бактериальные токсины при заражении крови. Сферы диаметром 73 нм представлены сополимером молочной и гликоевой кислот, после чего их «облекают» эритроцитарной оболочкой, что добавляет к их диаметру еще 15 нм. В этом году к наногубчатым сферам ученые добавили акриламидный и этиленгликольный полимеры, поперечные связи между цепями которых образует диметакрилат. Этот продукт не только защищает губчатые наносферы, но и является гидрогелем, удерживающим воду.

Новый композит превосходно впитывает молекулы токсина MRSA. Но авторы статьи в журнале Advanced Materials предлагают использовать его также для поглощения циркулирующих в крови токсинов пчелиного и змеиного яда, а также кишечной палочки и сальмонеллы, вызывающие тяжелые расстройства пищеварения (AM).

За несколько дней до публикации из университета Торонто пришло сообщение о том, что гидрогель повышает жизнеспособность нервных стволовых клеток, с помощью которых можно восстанавливать зрение и бороться с последствиями мозговых инсультов. Гидрогель можно сочетать с 3D-микроволнами, что более чем в 50 раз повышает упругость композитных материалов, которые можно использовать для восстановления тканей, например после удаления груди или утери мышечной массы.

Биоинженеры Технического университета в Мюнхене вместе с коллегами из Англии, Австралии и Голландии предложили «заселять» гидрогель стволовыми клетками разных тканей, и в частности хрящевыми. Это позволит восстанавливать его целостность в суставах, считают авторы, опубликовавшие свои результаты в журналах Nature Communicztions и Nature Materials.

Губчатые наносферы в сочетании с гидрогелем можно использовать также для поглощения веществ межклеточного «общения», о которых говорилось выше. В Детском госпитале Лос-Анджелеса выявили две РНК, которые необходимы для контактов клеток нейробластомы и макрофагов, способствующих раковому росту (J. Natl Cancer Institute). А поглощение стрептидов нарушит формирование стафилококковых и иных бактериальных пленок. Это свойство композитов наносферы – гидрогель можно использовать не только в лечебных целях, но и как потенциальные вакцины. Дело в том, что встроенные в эритроцитарную мембрану молекулы токсинов и иные белки способны активировать иммунную систему организма.