المضاد الحيوي الذي تستنشقه يمكن أن يصل الدواء إلى عمق الرئتين

المضاد الحيوي الذي تستنشقه يمكن أن يصل الدواء إلى عمق الرئتين

الطابع الزمني: 12 فبراير 2024 ، الساعة 5:28 مساءً
يمكن للمضاد الحيوي الذي تستنشقه أن يوصل الدواء إلى أعماق الرئتين. البحث العمودي. منظمة العفو الدولية.

لقد أصبحنا جميعًا أكثر وعيًا بصحة الرئة منذ ظهور فيروس كورونا (كوفيد-19).

ومع ذلك، بالنسبة للأشخاص الذين يعانون من الربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD)، فإن التعامل مع مشاكل الرئة هو صراع مدى الحياة. يعاني الأشخاص المصابون بمرض الانسداد الرئوي المزمن من التهاب شديد في أنسجة الرئة مما يؤدي إلى تضخمها وإعاقة المسالك الهوائية، مما يجعل التنفس صعبًا. وهذا المرض شائع، حيث يوجد أكثر من ثلاثة ملايين حالة سنويًا في الولايات المتحدة وحدها.

على الرغم من أنه يمكن التحكم فيه، إلا أنه لا يوجد علاج. إحدى المشاكل هي أن الرئتين المصابتين بمرض الانسداد الرئوي المزمن تضخان أطنانًا من المخاط اللزج، مما يشكل حاجزًا يمنع العلاج من الوصول إلى خلايا الرئة. كما أن المادة اللزجة - عندما لا يتم السعال - تجذب البكتيريا أيضًا، مما يزيد من تفاقم الحالة.

كشفت دراسة جديدة in علم السلف يصف الحل المحتمل. طور العلماء حاملة نانوية لنقل المضادات الحيوية إلى الرئتين. مثل سفينة الفضاء البيولوجية، تمتلك الحاملة "أبوابًا" تفتح وتطلق مضادات حيوية داخل الطبقة المخاطية لمحاربة العدوى.

"الأبواب" نفسها مميتة أيضًا. وهي مصنوعة من بروتين صغير، وتقوم بتمزيق الأغشية البكتيرية وتنظيف الحمض النووي الخاص بها لتخليص خلايا الرئة من العدوى المزمنة.

قام الفريق بتصميم نسخة قابلة للاستنشاق من المضاد الحيوي باستخدام الناقل النانوي. في نموذج الفئران المصابة بمرض الانسداد الرئوي المزمن، أدى العلاج إلى إحياء خلايا الرئة في ثلاثة أيام فقط. عادت مستويات الأكسجين في الدم إلى وضعها الطبيعي، وتم شفاء العلامات السابقة لتلف الرئة ببطء.

"هذه الاستراتيجية المضادة للبكتيريا المناعية قد تغير النموذج الحالي لإدارة مرض الانسداد الرئوي المزمن" ، الفريق كتب في المقالة.

تنفس عني

الرئتان حساستان للغاية. تصور طبقات رقيقة ولكن مرنة من الخلايا مفصولة إلى فصوص للمساعدة في تنسيق تدفق الأكسجين إلى الجسم. بمجرد أن يتدفق الهواء عبر القصبة الهوائية، فإنه يتوزع بسرعة بين شبكة معقدة من الفروع، ويملأ آلاف الأكياس الهوائية التي تزود الجسم بالأكسجين بينما تخلصه من ثاني أكسيد الكربون.

تتضرر هذه الهياكل بسهولة، ويعد التدخين أحد الأسباب الشائعة. يتسبب دخان السجائر في قيام الخلايا المحيطة بإخراج مادة لزجة تعيق مجرى الهواء وتغطي الأكياس الهوائية، مما يجعل من الصعب عليها القيام بوظائفها بشكل طبيعي.

وبمرور الوقت، يبني المخاط نوعًا من "الغراء" الذي يجذب البكتيريا ويتكثف في طبقة حيوية. كما يمنع الحاجز تبادل الأكسجين ويغير بيئة الرئة إلى بيئة مناسبة لنمو البكتيريا.

إحدى الطرق لوقف دوامة الهبوط هي القضاء على البكتيريا. المضادات الحيوية واسعة الطيف هي العلاج الأكثر استخدامًا. ولكن بسبب الطبقة الواقية اللزجة، لا يمكنها الوصول بسهولة إلى البكتيريا العميقة داخل أنسجة الرئة. والأسوأ من ذلك أن العلاج طويل الأمد يزيد من فرصة مقاومة المضادات الحيوية، مما يزيد من صعوبة القضاء على البكتيريا العنيدة.

لكن الطبقة الواقية بها نقطة ضعف: فهي حامضة بعض الشيء. حرفياً.

سياسة الباب المفتوح

مثل الليمون، تكون الطبقة اللزجة أكثر حمضية قليلاً مقارنة بأنسجة الرئة السليمة. أعطت هذه الميزة الفريدة للفريق فكرة عن حامل مضاد حيوي مثالي من شأنه أن يطلق حمولته فقط في بيئة حمضية.

قام الفريق بصنع جسيمات نانوية مجوفة من السيليكا - وهي مادة حيوية مرنة - وملأها بمضاد حيوي شائع، وأضاف "أبواب" لإطلاق الأدوية.

يتم التحكم في هذه الفتحات عن طريق تسلسلات بروتينية قصيرة إضافية تعمل مثل "الأقفال". في بيئات مجرى الهواء والرئة الطبيعية، تنثني عند الباب، مما يؤدي بشكل أساسي إلى عزل المضادات الحيوية داخل الفقاعة.

تُغيِّر الحموضة الموضعية، التي يتم إطلاقها في الرئتين المصابتين بمرض الانسداد الرئوي المزمن، بنية بروتين القفل، وبالتالي تفتح الأبواب وتطلق المضادات الحيوية مباشرة في المخاط والأغشية الحيوية، مما يؤدي بشكل أساسي إلى اختراق الدفاعات البكتيرية واستهدافها في موطنها.

وقد اخترق أحد الاختبارات التي تم إجراؤها باستخدام الخليط غشاءً حيويًا تم إنتاجه في المختبر في طبق بتري. لقد كان أكثر فعالية بكثير مقارنة بالنوع السابق من الجسيمات النانوية، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن أبواب الناقل تفتح بمجرد دخول الأغشية الحيوية - وفي الجسيمات النانوية الأخرى، ظلت المضادات الحيوية محاصرة.

يمكن للناقلين أيضًا الحفر بشكل أعمق في المناطق المصابة. الخلايا لها شحنات كهربائية. يحتوي كل من الناقل والمخاط على شحنات سالبة، والتي - مثل الأطراف المشحونة بشكل مماثل لمغناطيسين - تدفع الناقلات إلى عمق طبقات المخاط والأغشية الحيوية وعبرها.

على طول الطريق، تعمل حموضة المخاط على تغيير شحنة الناقل ببطء إلى إيجابية، بحيث بمجرد تجاوز الغشاء الحيوي، تفتح آلية "القفل" وتطلق الدواء.

واختبر الفريق أيضًا قدرة الجسيمات النانوية على القضاء على البكتيريا. وفي طبق، قضوا على أنواع متعددة شائعة من البكتيريا المعدية ودمروا الأغشية الحيوية الخاصة بها. ويبدو أن العلاج آمن نسبيا. وجدت الاختبارات التي أجريت على خلايا الرئة الجنينية البشرية في طبق الحد الأدنى من علامات التسمم.

والمثير للدهشة أن الناقل نفسه يمكنه أيضًا تدمير البكتيريا. وفي البيئة الحمضية، تعمل شحنتها الإيجابية على تحطيم الأغشية البكتيرية. ومثل البالونات المنفجرة، أطلقت الحشرات موادًا وراثية في محيطها، والتي اكتسحتها الناقلة.

إخماد النار

تجذب الالتهابات البكتيرية في الرئتين الخلايا المناعية المفرطة النشاط، مما يؤدي إلى التورم. كما تصبح الأوعية الدموية المحيطة بالأكياس الهوائية قابلة للاختراق، مما يسهل مرور الجزيئات الخطرة. تسبب هذه التغييرات التهابًا، مما يجعل التنفس صعبًا.

في نموذج الفأر المصاب بمرض الانسداد الرئوي المزمن، أدى العلاج بالجسيمات النانوية القابلة للاستنشاق إلى تهدئة الجهاز المناعي المفرط النشاط. عادت أنواع متعددة من الخلايا المناعية إلى مستوى صحي من التنشيط، مما سمح للفئران بالتبديل من الحالة شديدة الالتهاب إلى الحالة التي تكافح العدوى والالتهابات.

كانت الفئران التي عولجت بالجسيمات النانوية القابلة للاستنشاق تحتوي على بكتيريا أقل بنسبة 98% في رئتيها، مقارنة مع تلك التي أعطيت نفس المضاد الحيوي دون الناقل.

أعطى القضاء على البكتيريا الفئران الصعداء. لقد تنفسوا بشكل أسهل. وارتفعت مستويات الأكسجين في الدم لديهم، وعادت حموضة الدم - وهي علامة على انخفاض الأكسجين بشكل خطير - إلى وضعها الطبيعي.

وتحت المجهر، استعادت الرئتان المعالجتان بنيتهما الطبيعية، مع وجود أكياس هوائية أكثر ثباتًا تعافت ببطء من تلف مرض الانسداد الرئوي المزمن. كما كان لدى الفئران المعالجة تورم أقل في رئتيها بسبب تراكم السوائل الذي يظهر عادة في إصابات الرئة.

النتائج، على الرغم من كونها واعدة، إلا أنها تتعلق فقط بنموذج مرض الانسداد الرئوي المزمن المرتبط بالتدخين في الفئران. لا يزال هناك الكثير مما لا نعرفه عن عواقب العلاج على المدى الطويل.

وعلى الرغم من عدم وجود أي علامات على آثار جانبية في الوقت الحالي، فمن المحتمل أن تتراكم الجسيمات النانوية داخل الرئتين مع مرور الوقت مما يتسبب في تلفها في النهاية. وعلى الرغم من أن الناقل نفسه يدمر الأغشية البكتيرية، فإن العلاج يعتمد في الغالب على المضاد الحيوي المغلف. مع مقاومة المضادات الحيوية ومع ارتفاع معدلات الإصابة بمرض الانسداد الرئوي المزمن، بدأت بعض الأدوية تفقد تأثيرها بالفعل.

ثم هناك احتمال حدوث ضرر ميكانيكي مع مرور الوقت. قد يؤدي استنشاق الجسيمات النانوية المصنوعة من السيليكون بشكل متكرر إلى تندب الرئة على المدى الطويل. لذا، في حين أن الجسيمات النانوية يمكن أن تغير استراتيجيات إدارة مرض الانسداد الرئوي المزمن، فمن الواضح أننا بحاجة إلى دراسات متابعة، كما كتب الفريق.

الصورة الائتمان: ضوء وضوح الشمس / Shutterstock.com

الطابع الزمني:

اكثر من التفرد المحور