Наноразмерная «матрешка» помогает бороться с антибиотико-резистентными бактериями

Японские ученые создали «русскую матрешку» из антибиотиков, серебра и стабилизирующего их полимера. Полученные наночастицы показали высокую эффективность в разрушении биопленок.

Борьба с устойчивыми к антибиотикам бактериями становится растущей проблемой. Бактерии становятся очень устойчивыми к широко используемым антибиотикам и веществам с небольшим количеством побочных эффектов, что вынуждает экспертов лечить пациентов все более дорогими и опасными соединениями. 

Некоторые бактерии могут образовывать биопленки — плотные скопления миллионов клеток, окруженные защитным слизеподобным веществом. Образование биопленок является важной стратегией устойчивости бактерий к лечению. Защитная слизь позволяет колониям бактерий прикрепляться к поверхностям и защищать как минимум половину площади колонии от воздействия лекарств.

Плотные многослойные биопленки защищают бактерии от атак клеток иммунной системы организма и снижают эффективность антисептиков и антибиотиков. Сохранение биопленок заставило ученых искать альтернативу антибиотикам для уничтожения бактерий.

Команда японских ученых представила новый способ борьбы с бактериями, устойчивыми к лекарствам. Исследователи разработали многослойные наночастицы, которые сочетают в себе несколько механизмов уничтожения бактерий. Метод основан на известных наночастицах серебра. Они покрыты полимерной оболочкой Soluplus, содержащей антибиотик азитромицин. Работа опубликована в журнале Nanoscale.

Предыдущие исследования команды показали, что полимерная инкапсуляция может сохранять стабильность наночастиц. В опубликованной работе ученые собрали колонии Escherichia coli и Staphylococcus epidermidis. Эти две бактерии часто становятся устойчивыми к антибиотикам в условиях больницы.

Стафилококки и кишечная палочка образуют стойкие биопленки на катетерах и хирургических имплантатах, что приводит к серьезным и трудноизлечимым инфекциям. В этом случае предлагаемые наночастицы могут помочь доставить антибиотики к бактериям через защитную слизь.

Предлагаемая матрешка использует антибиотики и ионы серебра для атаки бактериальных клеток. Полимерная оболочка обеспечивает стабильность и предотвращает слипание наночастиц. Чем больше отдельных наночастиц достигает биопленки, тем эффективнее антибактериальный эффект, поэтому полимерная оболочка является важным компонентом этого подхода.

Созданные многослойные наночастицы способны проникать через биологические мембраны и разрушать их. Ученые использовали сканирующую электронную микроскопию и измерения оптической плотности, чтобы увидеть, как это происходит.

Исследователи создали крошечную высокочувствительную систему электродов LIG, способную отслеживать активность бактерий в режиме реального времени. Среди них электрод имеет большую площадь поверхности, что обеспечивает идеальную основу для образования биопленок бактериями и обладает высокой проводимостью.

Поврежденные бактерии производят другой сигнал, чем целая клетка. Электроды способны обнаруживать затухание тока по его изменениям. Этот метод работает без окрашивания бактерий.

Созданные наночастицы можно будет использовать для покрытия медицинских устройств, чтобы предотвратить образование биопленок. Методы с использованием электродов LIG для обнаружения разрыва бактериальной мембраны помогут снизить стоимость скрининга рака.