Инфекции, вызываемые бактериями с множественной лекарственной устойчивостью, порождают все большую озабоченность в области здравоохранения во всем мире. В докладе Всемирной организации здравоохранения за прошлый год говорилось, что устойчивость к антибиотикам растет до опасно высокого уровня во всех частях мира, и содержался призыв к увеличению инвестиций для решения этой проблемы.
В течение нескольких лет исследователи признавали антимикробные свойства специально адаптированных наночастиц золота, но было сложно доставить их к месту бактериального воспаления, не нанося вреда здоровым клеткам. В новом исследовании международной группы ученых из Университета Лидса (Великобритания), Южного университета науки и техники (Шэньчжэнь, Китай) и Университета Фудань (Шанхай, Китай) разработан способ упаковки нанокластеров золота в двойную молекулярную оболочку, которая делает их менее токсичными для здоровых тканей, не снижая антибактериальных свойств. Лабораторные исследования in vitro данного подхода показали высокую эффективность с точки зрения уничтожения целого ряда бактерий, включая возбудителей внутрибольничных инфекций, устойчивых к стандартным методам антибактериального лечения.
Принцип метода
В основе стратегии лежит физическое свойство разноимённых зарядов притягиваться. Зная, что клеточные стенки бактерий более сильно отрицательно заряжены, чем клетки млекопитающих, и учитывая способность противоположных зарядов притягиваться, исследователи поместили нанокластеры золота в положительно заряженные молекулы, или лиганд. Следуя закону электростатики, он доставляет нанокластеры только к стенкам бактериальных клеток, которую они разрушают. Повреждение клеточной мембраны увеличивает проницаемость бактериальной клетки для стандартных антибиотиков, включая те из них, которые слабо либо неэффективны против устойчивых бактерий.
Данная стратегия, однако, имеет один недостаток: положительно заряженная оболочка нанокластеров токсична также для здоровых клеток млекопитающих-хозяев.
Чтобы защитить здоровые клетки, ученые добавили второй лиганд в оболочку вокруг каждого нанокластера. Эти молекулы имеют как положительные, так и отрицательные заряды и называются цвиттер-ионами, они также содержатся в липидах клеточных мембран млекопитающих. Это делает золотые нанокластеры более совместимыми с клетками хозяев и облегчает их прохождение через почки и выведение из организма.
Золотой нанокластер в двойной молекулярной оболочке. Лиганды синего цвета являются цвиттер-ионными, лиганды красного цвета – положительно заряженными. Они связаны с кластером Au25 (коричневого цвета) с помощью молекул тиола (желтого цвета). Источник: Университет Лидса.
В ходе лабораторных испытаний ученые проверили, будут ли нанокластеры золота эффективны в снижении резистентности бактериальных клеток к антибиотикам. Они использовали несколько штаммов грам-положительных бактерий, включая метициллинрезистентный эпидермальный стафилококк (MRSE), который является возбудителем некоторых внутрибольничных инфекций. Было протестировано три антибиотика из разных фармакологических групп в сочетании с нанокластерами золота и без них.
В тех случаях, когда антибиотик использовался в сочетании с нанокластерами, наблюдался улучшенный антимикробный эффект: один из антибиотиков подавлял рост MRSE при концентрации, в 128 раз меньшей стандартной дозировки.
Таким образом, исследователи показали способ использования нанокластеров золота в качестве механизма повышения эффективности антибиотиков, которые утратили актуальность из-за стойкой резистентности бактерий к ним. Они надеются, что результаты исследований будут использованы фармацевтической промышленностью, ведь смешивание золотых нанокластеров с существующими антибиотиками может быть более быстрой и дешевой альтернативой разработке множества новых антибиотиков в ответ на устойчивость бактерий к старым.
Статья Z.Pang et al. Controlling the pyridinium–zwitterionic ligand ratio on atomically precise gold nanoclusters allowing for eradicating Gram-positive drug-resistant bacteria and retaining biocompatibility опубликована в журнале Chemical Science.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru по материалам University of Leeds:
Going for gold to reduce antibiotic resistance.
