Hengittämäsi antibiootti voi viedä lääkkeen syvälle keuhkoihin

Olemme kaikki olleet tietoisempia keuhkojen terveydestä Covid-19:n jälkeen.

Kuitenkin ihmisille, joilla on astma ja krooninen obstruktiivinen keuhkosairaus (COPD), keuhkoongelmien hoitaminen on elinikäistä kamppailua. Keuhkoahtaumatautia sairastavat kärsivät erittäin tulehtuneesta keuhkokudoksesta, joka turpoaa ja tukkii hengitysteitä, mikä vaikeuttaa hengittämistä. Sairaus on yleinen, yli kolme miljoonaa tapausta vuodessa pelkästään Yhdysvalloissa.

Vaikka hallittavissa, parannuskeinoa ei ole. Yksi ongelma on se, että keuhkoahtaumatautia sairastavat keuhkot pumppaavat ulos tonnia viskoosia limaa, joka muodostaa esteen, joka estää hoitojen pääsyn keuhkosoluihin. Limainen aine - kun sitä ei yskitä - houkuttelee myös bakteereja, mikä pahentaa tilaa entisestään.

Uusi tutkimus in Tiede ennakot kuvailee mahdollista ratkaisua. Tutkijat ovat kehittäneet nanokantoaineen kuljettamaan antibiootteja keuhkoihin. Kuten biologisessa avaruusaluksessa, kantajalla on "ovet", jotka avautuvat ja vapauttavat antibiootteja limakerroksen sisällä torjuakseen infektioita.

Itse "ovet" ovat myös tappavia. Pienestä proteiinista tehdyt ne repeävät bakteerikalvot ja puhdistavat DNA:nsa vapauttaakseen keuhkosolut kroonisista infektioista.

Tiimi kehitti hengitettävän version antibiootista nanokantoaineella. COPD:n hiirimallissa hoito elvytti heidän keuhkosolunsa vain kolmessa päivässä. Heidän veren happitasonsa palautuivat normaaliksi, ja aiemmat merkit keuhkovauriosta paranivat hitaasti.

"Tämä immunoantibakteerinen strategia voi muuttaa nykyistä keuhkoahtaumatautien hallinnan paradigmaa", ryhmä kirjoitti artikkelissa.

Hengitä minua

Keuhkot ovat erittäin herkkiä. Kuvittele ohuita mutta joustavia solukerroksia, jotka on erotettu lohkoiksi, mikä auttaa koordinoimaan hapen virtausta kehoon. Kun ilma virtaa henkitorven läpi, se hajoaa nopeasti monimutkaiseen haaraverkostoon ja täyttää tuhansia ilmapusseja, jotka toimittavat keholle happea ja vapauttavat sen hiilidioksidista.

Nämä rakenteet vaurioituvat helposti, ja tupakointi on yleinen laukaisin. Tupakansavu saa ympäröivät solut pumppaamaan ulos limaista ainetta, joka tukkii hengitystiet ja peittää ilmapusseja, mikä vaikeuttaa niiden normaalia toimintaa.

Ajan myötä lima muodostaa eräänlaisen "liiman", joka houkuttelee bakteereja ja tiivistyy biofilmiksi. Este estää edelleen hapen vaihtoa ja muuttaa keuhkojen ympäristön bakteerikasvulle suotuisaksi.

Yksi tapa pysäyttää alaspäin suuntautuva spiraali on tuhota bakteerit. Laajakirjoiset antibiootit ovat yleisimmin käytetty hoitomuoto. Mutta limaisen suojakerroksen vuoksi ne eivät pääse helposti käsiksi syvälle keuhkokudoksissa oleviin bakteereihin. Vielä pahempaa on, että pitkäaikainen hoito lisää antibioottiresistenssin mahdollisuutta, mikä vaikeuttaa entisestään pinttyneiden bakteerien hävittämistä.

Mutta suojakerroksessa on heikkous: se on vain hieman liian hapan. Kirjaimellisesti.

Avointen ovien käytäntö

Kuten sitruuna, limainen kerros on hieman happamampi verrattuna terveeseen keuhkokudokseen. Tämä omituisuus antoi ryhmälle idean ihanteellisesta antibioottikantajasta, joka vapauttaisi hyötykuormansa vain happamassa ympäristössä.

Tiimi teki onttoja nanohiukkasia piidioksidista - joustavasta biomateriaalista - täytti ne tavallisella antibiootilla ja lisäsi "ovia" lääkkeiden vapauttamiseksi.

Näitä aukkoja ohjataan ylimääräisillä lyhyillä proteiinisekvensseillä, jotka toimivat "lukkoina". Normaalissa hengitystie- ja keuhkoympäristössä ne taittuvat ylös ovessa ja sitovat olennaisesti antibiootit kuplan sisään.

Keuhkoahtaumatautia sairastavan keuhkoissa vapautuva paikallinen happamuus muuttaa lukkoproteiinin rakennetta, joten ovet avautuvat ja vapauttavat antibiootteja suoraan limaan ja biofilmiin – murtaen olennaisesti bakteeripuolustuksen ja kohdistaen ne kotipihallaan.

Yksi testi sekoituksella läpäisi laboratoriossa kasvatetun biofilmin petrimaljassa. Se oli paljon tehokkaampi verrattuna aikaisempaan nanopartikkelityyppiin, suurelta osin siksi, että kantajan ovet avautuivat kerran biofilmin sisällä – muissa nanopartikkeleissa antibiootit jäivät loukkuun.

Kantajat voivat myös kaivaa syvemmälle tartunnan saaneille alueille. Soluissa on sähkövarauksia. Kantajalla ja limalla on molemmilla negatiivisia varauksia, jotka - kuten kahden magneetin samalla tavalla varautuneet päät - työntävät kantajat syvemmälle lima- ja biofilmikerroksiin ja niiden läpi.

Matkan varrella liman happamuus muuttaa hitaasti kantajan varauksen positiiviseksi, niin että biofilmin ohitettuaan ”lukko”-mekanismi avautuu ja vapauttaa lääkkeen.

Ryhmä testasi myös nanopartikkelin kykyä tuhota bakteereja. Astiassa ne pyyhkivät pois useita yleisiä tarttuvia bakteereja ja tuhosivat niiden biofilmit. Hoito vaikutti suhteellisen turvalliselta. Kokeet ihmisen sikiön keuhkosoluilla astiassa havaitsivat minimaalisia myrkyllisyyden merkkejä.

Yllättäen itse kantaja voi myös tuhota bakteereja. Happamassa ympäristössä sen positiivinen varaus rikkoi bakteerikalvoja. Poksahtaneiden ilmapallojen tavoin hyönteiset vapauttivat geneettistä materiaalia ympäristöönsä, jonka kantaja pyyhkäisi ylös.

Tulipalon vaimennus

Keuhkojen bakteeri-infektiot houkuttelevat yliaktiivisia immuunisoluja, mikä johtaa turvotukseen. Ilmapusseja ympäröivistä verisuonista tulee myös läpäiseviä, mikä helpottaa vaarallisten molekyylien pääsyä läpi. Nämä muutokset aiheuttavat tulehdusta, mikä vaikeuttaa hengitystä.

COPD:n hiirimallissa inhaloitava nanopartikkelihoito hiljensi yliaktiivista immuunijärjestelmää. Useat immuunisolutyypit palasivat terveelle aktivaatiotasolle, jolloin hiiret voivat siirtyä erittäin tulehduksellisesta profiilista sellaiseen, joka taistelee infektioita ja tulehdusta vastaan.

Inhaloitavalla nanopartikkelilla käsiteltyjen hiirten keuhkoissa oli noin 98 prosenttia vähemmän bakteereja verrattuna hiiriin, joille annettiin samaa antibioottia ilman kantajaa.

Bakteerien pyyhkiminen pois toi hiiret helpotuksesta. He hengittivät helpommin. Heidän veren happitasonsa nousivat ja veren happamuus – merkki vaarallisen alhaisesta hapen määrästä – palautui normaaliksi.

Mikroskoopin alla hoidetut keuhkot palauttivat normaalit rakenteet ja vahvemmat ilmasäkit, jotka toipuivat hitaasti COPD-vaurioista. Hoidetuilla hiirillä oli myös vähemmän turvotusta keuhkoissaan nesteen kertymisestä, mikä on yleisesti nähtävissä keuhkovaurioissa.

Vaikka tulokset ovat lupaavia, ne koskevat vain tupakointiin liittyvää COPD-mallia hiirillä. Hoidon pitkän aikavälin seurauksista emme vielä tiedä paljon.

Vaikka toistaiseksi ei ollut merkkejä sivuvaikutuksista, on mahdollista, että nanohiukkaset voivat kertyä keuhkoihin ajan myötä aiheuttaen lopulta vahinkoa. Ja vaikka kantaja itse vahingoittaa bakteerikalvoja, hoito perustuu enimmäkseen kapseloituun antibioottiin. Kanssa Antibioottinen vastustuskyky joidenkin lääkkeiden vaikutus keuhkoahtaumatautiin on jo lisääntynyt.

Sitten on olemassa mekaanisten vaurioiden mahdollisuus ajan myötä. Piipohjaisten nanohiukkasten toistuva hengittäminen voi aiheuttaa keuhkojen arpeutumista pitkällä aikavälillä. Joten vaikka nanohiukkaset voivat muuttaa strategioita COPD:n hallinnassa, on selvää, että tarvitsemme seurantatutkimuksia, tiimi kirjoitti.

Kuva pistetilanne: kristalli valo / Shutterstock.com

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://singularityhub.com/2024/02/12/an-antibiotic-you-inhale-can-deliver-medication-deep-into-the-lungs/