Antybiotyk, który wdychasz, może dostarczyć lek głęboko do płuc

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Od czasu Covid-19 wszyscy jesteśmy bardziej świadomi zdrowia płuc.

Jednak dla osób chorych na astmę i przewlekłą obturacyjną chorobę płuc (POChP) radzenie sobie z problemami płuc jest walką trwającą całe życie. Osoby chore na POChP cierpią na silnie zapaloną tkankę płuc, która puchnie i blokuje drogi oddechowe, utrudniając oddychanie. Choroba jest powszechna – w samych Stanach Zjednoczonych występuje ponad trzy miliony przypadków rocznie.

Chociaż jest to możliwe do opanowania, nie ma na to lekarstwa. Jednym z problemów jest to, że płuca chore na POChP wypompowują tony lepkiego śluzu, który tworzy barierę uniemożliwiającą dotarcie leczenia do komórek płuc. Śluzowata substancja – jeśli nie zostanie wykaszlana – również przyciąga bakterie, co jeszcze bardziej pogarsza stan.

Nowe badania in Postępy nauki opisuje potencjalne rozwiązanie. Naukowcy opracowali nanonośnik umożliwiający transport antybiotyków do płuc. Podobnie jak biologiczny statek kosmiczny, przewoźnik ma „drzwi”, które otwierają się i uwalniają antybiotyki wewnątrz warstwy śluzu w celu zwalczania infekcji.

Same „drzwi” również są zabójcze. Wykonane z małego białka, rozrywają błony bakteryjne i oczyszczają ich DNA, aby uwolnić komórki płuc od przewlekłej infekcji.

Zespół opracował wziewną wersję antybiotyku, wykorzystując nanonośnik. W mysim modelu POChP leczenie ożywiło komórki płuc w ciągu zaledwie trzech dni. Ich poziom tlenu we krwi wrócił do normy, a wcześniejsze oznaki uszkodzenia płuc powoli się zagoiły.

„Ta strategia immunoantybakteryjna może zmienić obecny paradygmat leczenia POChP” – zespół napisał w artykule.

Oddychaj mi

Płuca są niezwykle delikatne. Wyobraź sobie cienkie, ale elastyczne warstwy komórek podzielone na płaty, które pomagają koordynować przepływ tlenu do organizmu. Kiedy powietrze przepływa przez tchawicę, szybko rozprasza się w złożonej sieci odgałęzień, wypełniając tysiące pęcherzyków powietrznych, które dostarczają organizmowi tlen i usuwają z niego dwutlenek węgla.

Struktury te łatwo ulegają uszkodzeniu, a częstą przyczyną jest palenie. Dym papierosowy powoduje, że otaczające komórki wydzielają śluzowatą substancję, która blokuje drogi oddechowe i pokrywa pęcherzyki powietrzne, utrudniając im normalne funkcjonowanie.

Z czasem śluz tworzy swego rodzaju „klej”, który przyciąga bakterie i kondensuje, tworząc biofilm. Bariera dodatkowo blokuje wymianę tlenu i zmienia środowisko płuc na sprzyjające rozwojowi bakterii.

Jednym ze sposobów zatrzymania spirali spadkowej jest zniszczenie bakterii. Najczęściej stosowaną metodą leczenia są antybiotyki o szerokim spektrum działania. Jednak ze względu na śluzowatą warstwę ochronną nie mogą łatwo dotrzeć do bakterii głęboko w tkankach płuc. Co gorsza, długotrwałe leczenie zwiększa ryzyko oporności na antybiotyki, co jeszcze bardziej utrudnia pozbycie się uporczywych bakterii.

Ale warstwa ochronna ma wadę: jest po prostu trochę za kwaśna. Dosłownie.

Polityka otwartych drzwi

Podobnie jak cytryna, śluzowata warstwa jest nieco bardziej kwaśna w porównaniu ze zdrową tkanką płuc. To dziwactwo podsunęło zespołowi pomysł na idealny nośnik antybiotyków, który uwalniałby swój ładunek jedynie w środowisku kwaśnym.

Zespół wykonał puste w środku nanocząsteczki z krzemionki – elastycznego biomateriału – napełnił je popularnym antybiotykiem i dodał „drzwi” umożliwiające uwalnianie leków.

Otwory te są kontrolowane przez dodatkowe krótkie sekwencje białek, które działają jak „zamki”. W normalnym środowisku dróg oddechowych i płuc składają się one na drzwiach, zasadniczo zatrzymując antybiotyki wewnątrz pęcherzyka.

Uwalniana w płucach chorych na POChP lokalna kwasowość zmienia strukturę białka blokującego, w związku z czym drzwi się otwierają i uwalniają antybiotyki bezpośrednio do śluzu i biofilmu, co zasadniczo przełamuje barierę obronną bakterii i atakuje je na ich własnym terenie.

W jednym teście mikstura przeniknęła przez wyhodowany w laboratorium biofilm na szalce Petriego. Był znacznie skuteczniejszy w porównaniu z poprzednim rodzajem nanocząstek, głównie dlatego, że drzwi nośnika otwierały się po wejściu do biofilmu – w innych nanocząstkach antybiotyki pozostawały uwięzione.

Nosiciele mogą również wnikać głębiej w zakażone obszary. Komórki posiadają ładunki elektryczne. Zarówno nośnik, jak i śluz mają ładunki ujemne, które – podobnie jak podobnie naładowane końce dwóch magnesów – wpychają nośniki głębiej w warstwy śluzu i biofilmu i przez nie.

Po drodze kwasowość śluzu powoli zmienia ładunek nośnika na dodatni, tak że po przejściu przez biofilm mechanizm „zamka” otwiera się i uwalnia lek.

Zespół przetestował także zdolność nanocząstki do niszczenia bakterii. W naczyniu wymazali wiele powszechnych typów bakterii zakaźnych i zniszczyli ich biofilm. Leczenie wydawało się stosunkowo bezpieczne. Badania na komórkach płuc ludzkiego płodu w naczyniu wykazały minimalne oznaki toksyczności.

Co zaskakujące, sam nośnik mógł również niszczyć bakterie. W kwaśnym środowisku jego dodatni ładunek niszczy błony bakteryjne. Podobnie jak pęknięte balony, robaki wypuściły do otoczenia materiał genetyczny, który nosiciel zmiótł.

Tłumienie ognia

Infekcje bakteryjne w płucach przyciągają nadaktywne komórki odpornościowe, co prowadzi do obrzęku. Naczynia krwionośne otaczające worki powietrzne również stają się przepuszczalne, co ułatwia przedostawanie się niebezpiecznych cząsteczek. Zmiany te powodują stan zapalny, utrudniający oddychanie.

W mysim modelu POChP leczenie nanocząsteczkami wziewnymi wyciszyło nadaktywny układ odpornościowy. Wiele typów komórek odpornościowych powróciło do zdrowego poziomu aktywacji, co umożliwiło myszom przejście z profilu wysoce zapalnego na taki, który zwalcza infekcje i stany zapalne.

Myszy, którym podano wdychaną nanocząsteczkę, miały w płucach około 98 procent mniej bakterii w porównaniu do myszy, którym podano ten sam antybiotyk bez nośnika.

Usunięcie bakterii przyniosło myszom odetchnięcie z ulgą. Oddychali łatwiej. Ich poziom tlenu we krwi wzrósł, a kwasowość krwi – oznaka niebezpiecznie niskiego poziomu tlenu – wróciła do normy.

Pod mikroskopem leczone płuca przywróciły normalne struktury i wzmocniły worki powietrzne, które powoli regenerowały się po uszkodzeniach spowodowanych POChP. Leczone myszy miały również mniejszy obrzęk płuc spowodowany gromadzeniem się płynu, co jest powszechnie obserwowane w przypadku urazów płuc.

Wyniki, choć obiecujące, dotyczą jedynie modelu POChP związanego z paleniem u myszy. Nadal wiele nie wiemy na temat długoterminowych konsekwencji leczenia.

Chociaż na razie nie było żadnych oznak skutków ubocznych, możliwe jest, że nanocząsteczki z czasem będą gromadzić się w płucach, powodując ostatecznie uszkodzenia. I chociaż sam nośnik uszkadza błony bakteryjne, terapia opiera się głównie na antybiotyku w kapsułkach. Z odporność na antybiotyki wzrasta, niektóre leki już tracą skuteczność w leczeniu POChP.

Istnieje ryzyko uszkodzenia mechanicznego z biegiem czasu. Powtarzające się wdychanie nanocząstek na bazie krzemu może w dłuższej perspektywie powodować blizny w płucach. Tak więc, chociaż nanocząsteczki mogą zmienić strategię leczenia POChP, jasne jest, że potrzebujemy dalszych badań, napisał zespół.

Kredytowych Image: kryształowe światło / Shutterstock.com