A belélegzett antibiotikum mélyen a tüdőbe juttathatja a gyógyszert

A belélegzett antibiotikum mélyen a tüdőbe juttathatja a gyógyszert

Időbélyeg: 12. február 2024. 5:28
An Antibiotic You Inhale Can Deliver Medication Deep Into the Lungs PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

A Covid-19 óta mindannyian jobban tudatában vagyunk a tüdő egészségének.

Az asztmában és krónikus obstruktív tüdőbetegségben (COPD) szenvedőknek azonban a tüdőproblémák kezelése élethosszig tartó küzdelem. A COPD-ben szenvedők erősen gyulladt tüdőszövetben szenvednek, amely megduzzad és elzárja a légutakat, ami megnehezíti a légzést. A betegség gyakori, csak az Egyesült Államokban évente több mint hárommillió megbetegedéssel.

Bár kezelhető, nincs gyógymód. Az egyik probléma az, hogy a COPD-s tüdő tonna viszkózus nyálkát pumpál ki, ami gátat képez, amely megakadályozza, hogy a kezelések elérjék a tüdősejteket. A nyálkás anyag – ha nem köhögik ki – a baktériumokat is vonzza, tovább rontva az állapotot.

Egy új tanulmány in Tudomány előlegek lehetséges megoldást ír le. A tudósok nanohordozót fejlesztettek ki az antibiotikumok tüdőbe juttatására. A biológiai űrhajóhoz hasonlóan a hordozónak vannak „ajtói”, amelyek kinyílnak, és antibiotikumokat bocsátanak ki a nyálkarétegen belül a fertőzések leküzdésére.

Maguk az „ajtók” is halálosak. Egy kis fehérjéből készülnek, széttépik a bakteriális membránokat, és megtisztítják DNS-üket, hogy megszabadítsák a tüdősejteket a krónikus fertőzésektől.

A csapat egy antibiotikum inhalálható változatát fejlesztette ki a nanohordozó segítségével. A COPD egérmodelljében a kezelés mindössze három nap alatt újjáélesztette a tüdősejteket. A vér oxigénszintje normalizálódott, és a tüdőkárosodás korábbi jelei lassan gyógyultak.

"Ez az immunoantibakteriális stratégia megváltoztathatja a COPD kezelésének jelenlegi paradigmáját" - mondta a csapat írt a cikkben.

Breathe Me

A tüdő rendkívül érzékeny. Képzeljen el vékony, de rugalmas sejtrétegeket, amelyek lebenyekre vannak szétválasztva, hogy segítsenek koordinálni az oxigén áramlását a szervezetbe. Miután a levegő átáramlik a légcsövön, gyorsan szétoszlik az ágak összetett hálózatában, és több ezer légzsákot tölt meg, amelyek oxigénnel látják el a szervezetet, miközben megszabadítják a szén-dioxidtól.

Ezek a szerkezetek könnyen sérülnek, és a dohányzás gyakori kiváltó ok. A cigarettafüst arra készteti a környező sejteket, hogy nyálkás anyagot pumpáljanak ki, amely elzárja a légutakat és bevonja a légzsákokat, megnehezítve a normális működésüket.

Idővel a nyálka egyfajta „ragasztót” épít fel, amely vonzza a baktériumokat, és biofilmmé kondenzálódik. A gát tovább gátolja az oxigéncserét, és a tüdő környezetét a baktériumok növekedésének kedvezõvé változtatja.

A lefelé irányuló spirál megállításának egyik módja a baktériumok elpusztítása. A széles spektrumú antibiotikumok a legszélesebb körben alkalmazott kezelések. De a nyálkás védőréteg miatt nem jutnak el könnyen a tüdőszövetek mélyén lévő baktériumokhoz. Még rosszabb, hogy a hosszú távú kezelés növeli az antibiotikum-rezisztencia esélyét, ami még nehezebbé teszi a makacs baktériumok kiirtását.

De a védőrétegnek van egy gyenge pontja: csak egy kicsit túl savanyú. Szó szerint.

Nyitott ajtók szabályzata

A citromhoz hasonlóan a nyálkás réteg valamivel savasabb, mint az egészséges tüdőszövet. Ez a furcsaság adott a csapatnak egy ötletet egy ideális antibiotikum-hordozóra, amely csak savas környezetben szabadítja fel hasznos terhét.

A csapat szilícium-dioxidból – egy rugalmas bioanyagból – üreges nanorészecskéket készített, amelyek megtöltötték őket egy közönséges antibiotikummal, és „ajtókat” tettek hozzá a gyógyszerek felszabadításához.

Ezeket a nyílásokat további rövid fehérjeszekvenciák szabályozzák, amelyek „zárakként” működnek. Normál légúti és tüdőkörnyezetben felhajtják az ajtót, lényegében megkötve az antibiotikumokat a buborékban.

A COPD-vel a tüdőben felszabaduló lokális savasság megváltoztatja a zárfehérje szerkezetét, így az ajtók kinyílnak, és az antibiotikumok közvetlenül a nyálkahártyába és a biofilmbe szabadulnak fel – lényegében áttörve a bakteriális védekezést, és megcélozva őket otthoni gyepükön.

Az egyik teszt a főzttel áthatolt egy laboratóriumban növesztett biofilmen egy Petri-csészében. Sokkal hatékonyabb volt egy korábbi típusú nanorészecskéhez képest, főként azért, mert a hordozó ajtaja kinyílt a biofilm belsejében – más nanorészecskékben az antibiotikumok csapdában maradtak.

A hordozók mélyebbre is áshatnak a fertőzött területeken. A sejtek elektromos töltésekkel rendelkeznek. Mind a hordozó, mind a nyálka negatív töltéssel rendelkezik, amelyek – mint két mágnes hasonló töltésű végei – mélyebbre nyomják a hordozókat a nyálka- és biofilmrétegekbe, illetve azon keresztül.

Útközben a nyálka savassága lassan pozitívvá változtatja a hordozó töltést, így a biofilmen túl a „zár” mechanizmus kinyílik és gyógyszert bocsát ki.

A csapat azt is tesztelte, hogy a nanorészecske képes-e elpusztítani a baktériumokat. Egy edényben kiirtották a fertőző baktériumok számos gyakori típusát, és megsemmisítették biofilmeiket. A kezelés viszonylag biztonságosnak tűnt. Az emberi magzati tüdősejteken egy edényben végzett tesztek minimális toxicitási jeleket találtak.

Meglepő módon maga a hordozó is elpusztíthatja a baktériumokat. Savas környezetben a pozitív töltése lebontotta a bakteriális membránokat. A kipattant léggömbökhöz hasonlóan a poloskák genetikai anyagot bocsátottak ki környezetükbe, amit a hordozó felsöpört.

A tűz csillapítása

A tüdő bakteriális fertőzései túlzottan aktív immunsejteket vonzanak, ami duzzanathoz vezet. A légzsákokat körülvevő erek is áteresztővé válnak, így a veszélyes molekulák könnyebben átjutnak. Ezek a változások gyulladást okoznak, ami megnehezíti a légzést.

A COPD egérmodelljében az inhalálható nanorészecskés kezelés megnyugtatta a túlműködő immunrendszert. Az immunsejtek többféle típusa visszatért az egészséges aktiválási szintre – lehetővé téve az egerek számára, hogy az erősen gyulladásos profilról olyanra váltsanak, amely küzd a fertőzések és gyulladások ellen.

Az inhalálható nanorészecskékkel kezelt egerek tüdejében körülbelül 98 százalékkal kevesebb baktérium volt, mint azoké, akiknek ugyanazt az antibiotikumot kapták hordozó nélkül.

A baktériumok kiirtása megkönnyebbülten sóhajtott fel az egerekben. Könnyebben lélegeztek. A vér oxigénszintje megemelkedett, és a vér savassága – a veszélyesen alacsony oxigénszint jele – normalizálódott.

A mikroszkóp alatt a kezelt tüdő helyreállította a normális struktúrákat, erősebb légzsákokkal, amelyek lassan felépültek a COPD károsodásából. A kezelt egerek tüdeje kevésbé duzzadt a folyadék felhalmozódása miatt, ami általában tüdősérüléseknél megfigyelhető.

Az eredmények bár ígéretesek, csak egy dohányzással összefüggő COPD-modellre vonatkoznak egerekben. Még mindig sok mindent nem tudunk a kezelés hosszú távú következményeiről.

Bár egyelőre nem voltak mellékhatások jelei, lehetséges, hogy a nanorészecskék idővel felhalmozódhatnak a tüdőben, és végül károkat okoznak. És bár maga a hordozó károsítja a bakteriális membránokat, a terápia többnyire a kapszulázott antibiotikumra támaszkodik. Val vel antibiotikum rezisztencia a növekedés ütemében egyes gyógyszerek már elvesztik hatásukat a COPD-re.

Aztán fennáll a mechanikai sérülés lehetősége az idő múlásával. A szilícium alapú nanorészecskék ismételt belélegzése hosszú távon tüdőhegesedést okozhat. Tehát bár a nanorészecskék megváltoztathatják a COPD kezelésének stratégiáit, egyértelmű, hogy nyomon követési tanulmányokra van szükségünk – írta a csapat.

Kép: kristályfény / Shutterstock.com

Időbélyeg:

Még több Singularity Hub