Un antibiotic pe care îl inhalați poate elibera medicamentele adânc în plămâni

Un antibiotic pe care îl inhalați poate elibera medicamentele adânc în plămâni

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

Cu toții suntem mai conștienți de sănătatea plămânilor de la Covid-19.

Cu toate acestea, pentru persoanele cu astm și boală pulmonară obstructivă cronică (BPOC), tratarea problemelor pulmonare este o luptă pe tot parcursul vieții. Cei cu BPOC suferă de țesut pulmonar foarte inflamat care se umflă și obstrucționează căile respiratorii, îngreunând respirația. Boala este comună, cu peste trei milioane de cazuri anuale numai în SUA.

Deși ușor de gestionat, nu există nici un tratament. O problemă este că plămânii cu BPOC pompează tone de mucus vâscos, care formează o barieră care împiedică tratamentele să ajungă la celulele pulmonare. Substanța lipicioasă - atunci când nu este tuse - atrage și bacteriile, agravând și mai mult starea.

Un nou studiu in Avansuri de știință descrie o posibilă soluție. Oamenii de știință au dezvoltat un nanopurtător pentru a transporta antibioticele în plămâni. Ca o navă spațială biologică, transportatorul are „uși” care se deschid și eliberează antibiotice în interiorul stratului de mucus pentru a lupta împotriva infecțiilor.

„Ușile” în sine sunt, de asemenea, mortale. Fabricate dintr-o proteină mică, ele rup membranele bacteriene și își curăță ADN-ul pentru a scăpa celulele pulmonare de infecția cronică.

Echipa a conceput o versiune inhalabilă a unui antibiotic folosind nanocarrier. Într-un model de șoarece de BPOC, tratamentul le-a reînviat celulele pulmonare în doar trei zile. Nivelurile lor de oxigen din sânge au revenit la normal, iar semnele anterioare de leziuni pulmonare s-au vindecat încet.

„Această strategie imunoantibacteriană poate schimba paradigma actuală a managementului BPOC”, a spus echipa scris in articol.

Respiră-mă

Plămânii sunt extrem de delicati. Imaginează-ți straturi subțiri, dar flexibile de celule separate în lobi pentru a ajuta la coordonarea fluxului de oxigen în organism. Odată ce aerul trece prin trahee, acesta se dispersează rapid într-o rețea complexă de ramuri, umplând mii de saci de aer care furnizează organismului oxigen în timp ce îl elimină de dioxid de carbon.

Aceste structuri sunt ușor deteriorate, iar fumatul este un declanșator comun. Fumul de țigară determină celulele din jur să pompeze o substanță slăbioasă care obstrucționează căile respiratorii și acoperă sacii de aer, făcându-le dificil să funcționeze normal.

În timp, mucusul formează un fel de „clei” care atrage bacteriile și se condensează într-un biofilm. Bariera blochează în continuare schimbul de oxigen și schimbă mediul plămânului într-unul favorabil creșterii bacteriilor.

O modalitate de a opri spirala descendentă este eliminarea bacteriilor. Antibioticele cu spectru larg sunt cel mai utilizat tratament. Dar, din cauza stratului protector viros, ele nu pot ajunge cu ușurință la bacterii în adâncul țesuturilor pulmonare. Și mai rău, tratamentul pe termen lung crește șansa de rezistență la antibiotice, făcând și mai dificilă eliminarea bacteriilor încăpățânate.

Dar stratul protector are o slăbiciune: este doar puțin prea acru. Literalmente.

Politica ușilor deschise

Asemenea unei lămâi, stratul vicios este puțin mai acid în comparație cu țesutul pulmonar sănătos. Această ciudată a dat echipei o idee pentru un purtător de antibiotic ideal care să-și elibereze sarcina utilă doar într-un mediu acid.

Echipa a făcut nanoparticule goale din silice – un biomaterial flexibil – le-a umplut cu un antibiotic comun și a adăugat „uși” pentru a elibera medicamentele.

Aceste deschideri sunt controlate de secvențe de proteine ​​scurte suplimentare care funcționează ca „încuietori”. În mediile normale ale căilor respiratorii și ale plămânilor, ele se pliază la ușă, în esență sechestrează antibioticele în interiorul bulei.

Eliberată în plămâni cu BPOC, aciditatea locală modifică structura proteinei de blocare, astfel încât ușile se deschid și eliberează antibiotice direct în mucus și biofilm - în esență spargând apărarea bacteriană și țintindu-le pe gazonul lor acasă.

Un test cu amestecul a pătruns într-un biofilm cultivat în laborator într-o cutie Petri. A fost mult mai eficient în comparație cu un tip anterior de nanoparticule, în mare parte pentru că ușile transportatorului s-au deschis odată în interiorul biofilmului - în alte nanoparticule, antibioticele au rămas prinse.

De asemenea, purtătorii ar putea săpa mai adânc în zonele infectate. Celulele au sarcini electrice. Purtătorul și mucusul au ambele sarcini negative, care, ca și capetele încărcate similar ale doi magneți, împing purtătorii mai adânc în și prin straturile de mucus și biofilm.

Pe parcurs, aciditatea mucusului schimbă încet sarcina purtătorului în pozitivă, astfel încât, odată trecut de biofilm, mecanismul de „blocare” se deschide și eliberează medicamente.

Echipa a testat, de asemenea, capacitatea nanoparticulelor de a șterge bacteriile. Într-o farfurie, ei au șters mai multe tipuri comune de bacterii infecțioase și le-au distrus biofilmele. Tratamentul părea relativ sigur. Testele efectuate în celulele pulmonare fetale umane într-un vas au găsit semne minime de toxicitate.

În mod surprinzător, purtătorul în sine ar putea distruge și bacteriile. În interiorul unui mediu acid, sarcina sa pozitivă a rupt membranele bacteriene. Ca niște baloane sparte, insectele au eliberat material genetic în împrejurimile lor, pe care purtătorul l-a măturat.

Atenuarea focului

Infecțiile bacteriene din plămâni atrag celulele imunitare hiperactive, ceea ce duce la umflare. Vasele de sânge care înconjoară sacii de aer devin, de asemenea, permeabile, facilitând trecerea moleculelor periculoase. Aceste modificări provoacă inflamație, ceea ce face dificilă respirația.

Într-un model de șoarece de BPOC, tratamentul cu nanoparticule inhalabile a liniștit sistemul imunitar hiperactiv. Mai multe tipuri de celule imunitare au revenit la un nivel sănătos de activare - permițând șoarecilor să treacă de la un profil puternic inflamator la unul care combate infecțiile și inflamația.

Șoarecii tratați cu nanoparticule inhalabile au avut aproximativ 98% mai puține bacterii în plămâni, comparativ cu cei cărora li sa administrat același antibiotic fără purtător.

Eliminarea bacteriilor le-a dat șoarecilor un oftat de ușurare. Au respirat mai ușor. Nivelul lor de oxigen din sânge a crescut, iar aciditatea sângelui – un semn al oxigenului periculos de scăzut – a revenit la normal.

La microscop, plămânii tratați au restabilit structurile normale, cu saci de aer mai robusti, care s-au recuperat încet de deteriorarea BPOC. De asemenea, șoarecii tratați au avut mai puține umflături în plămâni din cauza acumulării de lichid, care se observă frecvent în leziunile pulmonare.

Rezultatele, deși promițătoare, sunt doar pentru un model de BPOC legat de fumat la șoareci. Încă nu știm multe despre consecințele pe termen lung ale tratamentului.

Deși deocamdată nu au existat semne de efecte secundare, este posibil ca nanoparticulele să se acumuleze în plămâni în timp, provocând în cele din urmă daune. Și deși purtătorul în sine dăunează membranelor bacteriene, terapia se bazează în cea mai mare parte pe antibioticul încapsulat. Cu rezistență la antibiotic în creștere, unele medicamente își pierd deja efectul pentru BPOC.

Apoi există șansa de deteriorare mecanică în timp. Inhalarea repetată a nanoparticulelor pe bază de siliciu ar putea provoca cicatrici pulmonare pe termen lung. Deci, în timp ce nanoparticulele ar putea schimba strategiile pentru gestionarea BPOC, este clar că avem nevoie de studii ulterioare, a scris echipa.

Credit imagine: lumină cristalină / Shutterstock.com

Timestamp-ul:

Mai mult de la Singularity Hub