Исследователи из корпорации IBM и Института биоинженерии и нанотехнологий (Institute of Bioengineering and Nanotechnology) совершили прорыв в области наномедицины. Новые типы полимеров продемонстрировали реальную способность обнаруживать и уничтожать устойчивых к антибиотикам бактерий и возбудителей инфекционных заболеваний, таких как штамм золотистого стафилококка, устойчивый к метициллину.

Эти наноструктуры, обнаруженные благодаря принципам, применяемым в производстве полупроводников, «притягиваются» к инфицированным клеткам как магнитом, что дает им возможность выборочно уничтожать бактерии, трудно поддающиеся лечению, не разрушая здоровые клетки вокруг них. Эти агенты также препятствуют развитию у бактерий устойчивости к лекарственному средству, фактически прорываясь через клеточную стенку и мембрану внутрь клетки бактерии, что позволяет говорить о принципиально ином способе атаки на инфицированные клетки по сравнению с традиционными антибиотиками.

MRSA является лишь одним видом опасных бактерий, которые обычно поражают кожу, и которыми легко заразиться в таких местах как спортзалы, школы и больницы, где люди находятся в тесном контакте друг с другом. В 2005 году бактерии MRSA стали причиной около 95000 серьезных инфекционных заболеваний, что в почти 19000 случаях привело к летальному исходу в больницах США.

Проблема с инфекциями подобно MRSA сложна вдвойне. Во-первых, устойчивость к лекарственным препаратам, которая возникает из-за того, что микроорганизмы способны развиваться, чтобы эффективно противостоять действию антибиотиков, поскольку современные методы лечения оставляют клеточную стенку и мембрану их клеток почти неповрежденными. Кроме того, большие дозы антибиотиков, необходимые, чтобы убить такую инфекцию, уничтожают без разбора, наряду с заражёнными эритроцитами, и здоровые красные кровяные тельца.

«Количество бактерий в ладони руки человека превосходит численность всего населения планеты, — отметил доктор Джеймс Хедрик (James Hedrick), ученый из исследовательского центра IBM Research – Almaden, который занимается исследованиями перспективных органических материалов. — Благодаря этому открытию, мы сегодня можем использовать результаты многолетних исследований и разработок в области материаловедения, которые проводились в полупроводниковой промышленности, для создания принципиально нового механизма доставки лекарственного вещества, способного сделать лекарства более эффективными и узкоспециализированными с точки зрения лечебного эффекта»,

При производстве в промышленном масштабе, эти биологически разлагаемые наноструктуры могут вводиться в организм непосредственно или наноситься на кожу, что позволит лечить кожные инфекции с помощью таких предметов повседневного использования как дезодоранты, мыло, влажные салфетки и другие дезинфицирующие средства. Эти наноструктуры могут также быть использованы для заживления ран, для лечения туберкулеза и легочных инфекций.

«Используя наши новые наноструктуры, мы можем предложить действительно эффективное терапевтическое решение для лечения инфекций MRSA и других инфекционных заболеваний», — подчеркнул доктор Йиян Янг (Yiyan Yang), руководитель научной группы в Сингапурском Институте биоинженерии и нанотехнологий (Institute of Bioengineering and Nanotechnology).

Как это работает

Иммунная система человека предназначена для защиты нас от вредных веществ, как внутри, так и снаружи, однако, по ряду причин, многие из обычных антибиотиков сегодня либо отторгаются организмом, либо дают ограниченный положительный эффект при лечении заболеваний, вызываемых лекарственно-устойчивыми бактериями. Антибактериальные агенты, разработанные в IBM Research и Институте биоинженерии и нанотехнологий, специально нацелены на зараженные зоны для системной доставки лекарственного вещества.

Как только эти полимеры начинают взаимодействовать с водой в организме или на теле человека, они самостоятельно образуют новую полимерную структуру, которая под воздействием электростатических сил притягивается к зараженным клеткам и прорывается через их клеточные стенки и мембраны. У бактерий не может вырабатываться устойчивость к этим наночастицам просто из-за физической природы данного явления.

Электрический заряд, обнаруженный, как и ожидалось, в клетках, играет очень важную роль, поскольку новые полимерные структуры притягиваются только к зараженным участкам, сохраняя нетронутыми здоровые красные кровяные тельца (эритроциты), которые являются переносчиками кислорода в организме и борются с бактериями.

В отличие от большинства антибактериальных агентов, эти структуры являются биодеградируемыми (т.е. поддающимися биологическому разложению), что расширяет сферу их потенциального применения, поскольку они могут выводиться из организма естественным образом (а не остаются в организме и накапливаются в его органах).

Антибактериальные полимеры были созданы IBM Research и Институтом биоинженерии и нанотехнологий, и испытаны против клинических микробных образцов в Государственной лаборатории диагностики и лечения инфекционных заболеваний (State Key Laboratory for Diagnosis and Treatment of Infectious Diseases), в больнице First Affiliated Hospital, Медицинском колледже (College of Medicine) и Университете Чжэцзян (Zhejiang University) в Китае. Подробная статья об этом открытии была недавно опубликована в авторитетном научном журнале Nature Chemistry (cсылка вне сайта ibm.com).

Исследователи из IBM уже применяют принципы нанотехнологий для создания потенциальных инноваций в медицине, таких как «ДНК-транзистор» (DNA Transistor (US)) и трехмерная магнитно-резонансная томография (3-D MRI (US)). Самая последняя по времени подобная работа ученых IBM – одноступенчатый тест экспресс-диагностики, основанный на инновационном кремниевом чипе, для которого требуется существенно меньшее количество образца. Этот тест, названный Lab on a Chip (CH) («Лаборатория на чипе»), может выполняться значительно быстрее традиционных аналогов, он портативен, прост в использовании и применим для диагностики многих болезней. Результаты этого теста настолько быстры и точны, что небольшой образец крови пациента может быть проверен непосредственно после сердечного приступа, что позволит врачу сразу же предпринять необходимые действия, чтобы помочь пациенту выжить.