Antibiotik yang Anda Hirup Dapat Memberikan Obat Jauh Ke Dalam Paru-Paru

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Kita semua menjadi lebih sadar akan kesehatan paru-paru sejak Covid-19.

Namun, bagi penderita asma dan penyakit paru obstruktif kronik (PPOK), mengatasi masalah paru-paru merupakan perjuangan seumur hidup. Penderita PPOK menderita jaringan paru-paru yang sangat meradang yang membengkak dan menyumbat saluran udara, sehingga sulit bernapas. Penyakit ini umum terjadi, dengan lebih dari tiga juta kasus per tahun di AS saja.

Meski bisa dikendalikan, belum ada obatnya. Salah satu masalahnya adalah paru-paru penderita PPOK memompa keluar banyak lendir kental, yang membentuk penghalang yang mencegah pengobatan mencapai sel paru-paru. Zat berlendir tersebut—bila tidak dibatukkan—juga menarik bakteri, sehingga semakin memperparah kondisinya.

Sebuah studi baru in Kemajuan ilmu pengetahuan menggambarkan solusi potensial. Para ilmuwan telah mengembangkan nanocarrier untuk mengangkut antibiotik ke paru-paru. Seperti pesawat ruang angkasa biologis, kapal induk memiliki “pintu” yang terbuka dan melepaskan antibiotik di dalam lapisan lendir untuk melawan infeksi.

“Pintu” itu sendiri juga mematikan. Terbuat dari protein kecil, mereka merobek membran bakteri dan membersihkan DNA mereka untuk membersihkan sel paru-paru dari infeksi kronis.

Tim merekayasa versi antibiotik yang dapat dihirup menggunakan nanocarrier. Pada model COPD tikus, pengobatan tersebut menghidupkan kembali sel paru-paru mereka hanya dalam tiga hari. Tingkat oksigen dalam darah mereka kembali normal, dan tanda-tanda kerusakan paru-paru sebelumnya perlahan pulih.

“Strategi imunoantibakteri ini mungkin mengubah paradigma penanganan COPD saat ini,” tim menulis di dalam artikel.

Tiup Aku

Paru-paru sangat halus. Bayangkan lapisan sel yang tipis namun fleksibel dipisahkan menjadi lobus untuk membantu mengoordinasikan aliran oksigen ke dalam tubuh. Begitu udara mengalir melalui tenggorokan, udara dengan cepat menyebar ke jaringan cabang yang kompleks, mengisi ribuan kantung udara yang memasok oksigen ke tubuh sekaligus membuang karbon dioksida.

Struktur ini mudah rusak, dan merokok merupakan salah satu pemicunya. Asap rokok menyebabkan sel-sel di sekitarnya memompa keluar zat berlendir yang menyumbat saluran napas dan melapisi kantung udara, sehingga sulit berfungsi secara normal.

Seiring waktu, lendir membentuk semacam “lem” yang menarik bakteri dan mengembun menjadi biofilm. Penghalang ini selanjutnya menghambat pertukaran oksigen dan mengubah lingkungan paru-paru menjadi lingkungan yang mendukung pertumbuhan bakteri.

Salah satu cara untuk menghentikan spiral ke bawah adalah dengan melenyapkan bakteri. Antibiotik spektrum luas adalah pengobatan yang paling banyak digunakan. Namun karena lapisan pelindungnya yang berlendir, bahan ini tidak dapat dengan mudah menjangkau bakteri jauh di dalam jaringan paru-paru. Lebih buruk lagi, pengobatan jangka panjang meningkatkan kemungkinan resistensi antibiotik, sehingga semakin sulit membasmi bakteri yang membandel.

Namun lapisan pelindungnya mempunyai kelemahan: hanya sedikit terlalu asam. Secara harfiah.

Kebijakan Pintu Terbuka

Seperti lemon, lapisan berlendirnya sedikit lebih asam dibandingkan dengan jaringan paru-paru yang sehat. Keunikan ini memberi tim ide tentang pembawa antibiotik ideal yang hanya akan melepaskan muatannya di lingkungan asam.

Tim tersebut membuat nanopartikel berongga dari silika—sebuah biomaterial yang fleksibel—mengisinya dengan antibiotik umum, dan menambahkan “pintu” untuk melepaskan obat.

Bukaan ini dikendalikan oleh rangkaian protein pendek tambahan yang berfungsi seperti “gembok”. Di lingkungan saluran napas dan paru-paru yang normal, mereka melipat di depan pintu, pada dasarnya mengasingkan antibiotik di dalam gelembung.

Dilepaskan di paru-paru penderita COPD, keasaman lokal mengubah struktur protein kunci, sehingga pintu terbuka dan melepaskan antibiotik langsung ke dalam lendir dan biofilm—yang pada dasarnya menerobos pertahanan bakteri dan menargetkan mereka di wilayah asalnya.

Satu tes dengan ramuan tersebut menembus biofilm yang dikembangkan di laboratorium dalam cawan petri. Ini jauh lebih efektif dibandingkan dengan jenis nanopartikel sebelumnya, terutama karena pintu pembawa terbuka begitu berada di dalam biofilm—dalam nanopartikel lain, antibiotik tetap terperangkap.

Para pembawa virus juga bisa menggali lebih dalam ke daerah yang terinfeksi. Sel mempunyai muatan listrik. Pembawa dan lendir keduanya mempunyai muatan negatif, yang—seperti ujung dua magnet yang bermuatan serupa—mendorong pembawa lebih dalam ke dalam dan melalui lapisan lendir dan biofilm.

Sepanjang perjalanan, keasaman lendir secara perlahan mengubah muatan pembawa menjadi positif, sehingga setelah melewati biofilm, mekanisme “kunci” terbuka dan melepaskan obat.

Tim juga menguji kemampuan nanopartikel untuk melenyapkan bakteri. Di dalam piring, mereka memusnahkan berbagai jenis bakteri menular dan menghancurkan biofilmnya. Perawatannya tampaknya relatif aman. Pengujian pada sel paru-paru janin manusia dalam cawan menunjukkan tanda-tanda toksisitas yang minimal.

Yang mengejutkan, pembawa itu sendiri juga bisa menghancurkan bakteri. Di dalam lingkungan asam, muatan positifnya merusak membran bakteri. Seperti balon yang meletus, serangga tersebut melepaskan materi genetik ke lingkungannya, yang kemudian dibawa oleh pembawanya.

Meredam Api

Infeksi bakteri di paru-paru menarik sel-sel kekebalan yang terlalu aktif, sehingga menyebabkan pembengkakan. Pembuluh darah di sekitar kantung udara juga menjadi permeabel sehingga memudahkan molekul berbahaya untuk melewatinya. Perubahan ini menyebabkan peradangan sehingga sulit bernapas.

Dalam model COPD pada tikus, pengobatan nanopartikel yang dapat dihirup menenangkan sistem kekebalan yang terlalu aktif. Berbagai jenis sel kekebalan kembali ke tingkat aktivasi yang sehat—memungkinkan tikus beralih dari profil yang sangat inflamasi ke profil yang melawan infeksi dan peradangan.

Tikus yang diobati dengan nanopartikel yang dapat dihirup memiliki bakteri di paru-parunya sekitar 98 persen lebih sedikit, dibandingkan dengan tikus yang diberi antibiotik yang sama tanpa pembawa.

Memusnahkan bakteri membuat tikus merasa lega. Mereka bernapas lebih lega. Kadar oksigen dalam darah mereka meningkat, dan keasaman darah—yang merupakan tanda rendahnya oksigen—kembali ke normal.

Di bawah mikroskop, paru-paru yang dirawat memulihkan struktur normalnya, dengan kantung udara yang lebih kuat yang perlahan pulih dari kerusakan akibat COPD. Tikus yang diobati juga mengalami lebih sedikit pembengkakan di paru-parunya akibat penumpukan cairan yang biasa terlihat pada cedera paru-paru.

Meskipun hasilnya menjanjikan, hasilnya hanya untuk model COPD yang berhubungan dengan merokok pada tikus. Masih banyak yang belum kita ketahui tentang konsekuensi jangka panjang pengobatan ini.

Meskipun untuk saat ini belum ada tanda-tanda efek samping, ada kemungkinan nanopartikel dapat terakumulasi di dalam paru-paru seiring berjalannya waktu dan akhirnya menyebabkan kerusakan. Meskipun pembawanya sendiri merusak membran bakteri, terapinya sebagian besar bergantung pada antibiotik yang dienkapsulasi. Dengan resistensi antibiotik sedang meningkat, beberapa obat sudah kehilangan efeknya terhadap COPD.

Lalu ada kemungkinan kerusakan mekanis seiring berjalannya waktu. Menghirup nanopartikel berbasis silikon berulang kali dapat menyebabkan jaringan parut pada paru-paru dalam jangka panjang. Jadi, meskipun nanopartikel dapat mengubah strategi pengelolaan COPD, jelas kita memerlukan studi lanjutan, tulis tim tersebut.

Gambar Kredit: cahaya kristal / Shutterstock.com