Антибиотик, который вы вдыхаете, может доставить лекарство глубоко в легкие

После Covid-19 мы все стали лучше осведомлены о здоровье легких.

Однако для людей, страдающих астмой и хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), решение проблем с легкими — это борьба на протяжении всей жизни. Больные ХОБЛ страдают от сильно воспаленной легочной ткани, которая отекает и закупоривает дыхательные пути, затрудняя дыхание. Заболевание широко распространено: только в США ежегодно регистрируется более трех миллионов случаев.

Хотя это и управляемо, лечения нет. Одна из проблем заключается в том, что легкие при ХОБЛ выкачивают тонны вязкой слизи, которая образует барьер, препятствующий проникновению лекарств в клетки легких. Слизистая субстанция, если ее не откашлять, также привлекает бактерии, еще больше усугубляя состояние.

Новое исследование in Наука развивается описывает возможное решение. Ученые разработали наноноситель для доставки антибиотиков в легкие. Подобно биологическому космическому кораблю, носитель имеет «двери», которые открываются и выпускают внутрь слоя слизи антибиотики для борьбы с инфекциями.

Сами «двери» тоже смертельны. Изготовленные из небольшого белка, они разрывают мембраны бактерий и очищают их ДНК, чтобы избавить клетки легких от хронической инфекции.

Команда разработала ингаляционную версию антибиотика с использованием наноносителя. На мышиной модели ХОБЛ лечение оживило клетки легких всего за три дня. Уровень кислорода в крови вернулся к норме, а предыдущие признаки повреждения легких медленно зажили.

«Эта иммуноантибактериальная стратегия может изменить текущую парадигму лечения ХОБЛ», — команда писал в статье.

Дышать мной

Легкие чрезвычайно чувствительны. Представьте себе тонкие, но гибкие слои клеток, разделенные на доли, которые помогают координировать подачу кислорода в организм. Когда воздух проходит через дыхательное горло, он быстро рассеивается по сложной сети ветвей, заполняя тысячи воздушных мешочков, которые снабжают организм кислородом и одновременно избавляют его от углекислого газа.

Эти структуры легко повредить, и курение является частым провоцирующим фактором. Сигаретный дым заставляет окружающие клетки выделять слизистое вещество, которое закупоривает дыхательные пути и покрывает воздушные мешочки, затрудняя их нормальное функционирование.

Со временем слизь образует своего рода «клей», который притягивает бактерии и конденсируется в биопленку. Барьер дополнительно блокирует кислородный обмен и изменяет среду легких на благоприятную для роста бактерий.

Один из способов остановить нисходящую спираль — уничтожить бактерии. Антибиотики широкого спектра действия являются наиболее широко используемым методом лечения. Но из-за слизистой защитной пленки они не могут легко добраться до бактерий глубоко в тканях легких. Хуже того, длительное лечение увеличивает вероятность устойчивости к антибиотикам, что еще больше затрудняет уничтожение устойчивых бактерий.

Но у защитного слоя есть слабость: он слишком кислый. Буквально.

Политика открытых дверей

Как и в лимоне, слизистый слой немного более кислый по сравнению со здоровой легочной тканью. Эта особенность натолкнула команду на мысль об идеальном носителе антибиотиков, который будет высвобождать свою полезную нагрузку только в кислой среде.

Команда создала полые наночастицы из кремнезема (гибкого биоматериала), наполнила их обычным антибиотиком и добавила «двери» для высвобождения лекарств.

Эти отверстия контролируются дополнительными короткими белковыми последовательностями, которые работают как «замки». В нормальных условиях в дыхательных путях и легких они сворачиваются у двери, по существу изолируя антибиотики внутри пузыря.

Высвобождаемая в легких при ХОБЛ местная кислотность меняет структуру белка-замка, поэтому двери открываются и высвобождают антибиотики непосредственно в слизь и биопленку, по сути, прорывая бактериальную защиту и направляя их на родную территорию.

В одном из испытаний смесь проникла в выращенную в лаборатории биопленку в чашке Петри. Он был гораздо более эффективным по сравнению с предыдущим типом наночастиц, во многом потому, что двери носителя открывались внутри биопленки — в других наночастицах антибиотики оставались в ловушке.

Переносчики также могут копать глубже в зараженные районы. Клетки имеют электрические заряды. И носитель, и слизь имеют отрицательные заряды, которые, подобно одинаково заряженным концам двух магнитов, толкают носители глубже в слои слизи и биопленки и сквозь них.

Попутно кислотность слизи медленно меняет заряд носителя на положительный, так что, как только биопленка проходит мимо биопленки, механизм «замка» открывается и высвобождает лекарство.

Команда также проверила способность наночастиц уничтожать бактерии. В чашке они уничтожили несколько распространенных типов инфекционных бактерий и уничтожили их биопленки. Лечение оказалось относительно безопасным. Тесты на клетках легких плода человека в чашке выявили минимальные признаки токсичности.

Удивительно, но сам носитель также мог уничтожать бактерии. В кислой среде его положительный заряд разрушает бактериальные мембраны. Подобно лопнувшим воздушным шарам, насекомые выпустили в окружающую среду генетический материал, который унес носитель.

Гашение огня

Бактериальные инфекции в легких привлекают сверхактивные иммунные клетки, что приводит к отеку. Кровеносные сосуды, окружающие воздушные мешочки, также становятся проницаемыми, что облегчает проникновение опасных молекул. Эти изменения вызывают воспаление, из-за которого становится трудно дышать.

В мышиной модели ХОБЛ лечение наночастицами вдыхании успокоило сверхактивную иммунную систему. Несколько типов иммунных клеток вернулись к здоровому уровню активации, что позволило мышам переключиться с сильно воспалительного профиля на тот, который борется с инфекциями и воспалениями.

У мышей, получавших вдыхаемые наночастицы, в легких было примерно на 98 процентов меньше бактерий по сравнению с теми, кто получал тот же антибиотик без носителя.

Уничтожение бактерий дало мышам вздох облегчения. Они вздохнули легче. Уровень кислорода в крови повысился, а кислотность крови — признак опасно низкого уровня кислорода — вернулась к норме.

Под микроскопом обработанные легкие восстанавливали нормальные структуры с более прочными воздушными мешками, которые медленно восстанавливались после повреждений ХОБЛ. У обработанных мышей также наблюдался меньший отек легких из-за скопления жидкости, что обычно наблюдается при травмах легких.

Результаты, хотя и многообещающие, относятся только к модели ХОБЛ, связанной с курением, у мышей. Мы еще многого не знаем о долгосрочных последствиях лечения.

Хотя на данный момент не было никаких признаков побочных эффектов, вполне возможно, что наночастицы могут со временем накапливаться внутри легких, что в конечном итоге приведет к повреждению. И хотя сам носитель повреждает бактериальные мембраны, терапия в основном опирается на инкапсулированный антибиотик. С устойчивость к антибиотикам растет, некоторые лекарства уже теряют эффективность при ХОБЛ.

Тогда есть вероятность механического повреждения с течением времени. Постоянное вдыхание наночастиц на основе кремния может вызвать рубцевание легких в долгосрочной перспективе. Таким образом, хотя наночастицы могут изменить стратегии лечения ХОБЛ, очевидно, что нам необходимы последующие исследования, пишет команда.

Изображение Фото: кристальный свет / Shutterstock.com

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://singularityhub.com/2024/02/12/an-antibiotic-you-inhale-can-deliver-medication-deep-into-the-lungs/