Наноразмерная «матрешка» помогает бороться с антибиотико-резистентными бактериями

Борьба с бактериями, устойчивыми к антибиотикам, становится все более серьезной проблемой. Бактерии приобретают высокую резистентность к широко доступным антибиотикам и веществам с небольшими побочными эффектами, поэтому специалистам приходится лечить пациентов все более дорогими и опасными соединениями. 

Некоторые бактерии могут образовывать биопленки — плотные скопления миллионов клеток, окруженные защитным веществом, похожим на слизь. Образование таких биопленок — важная стратегия бактерий для сопротивления лечению. Защитная слизь позволяет колониям бактерий прикрепляться к поверхностям и быть защищенными от воздействия лекарств как минимум на половине площади колонии.

Плотные и многослойные биопленки защищают бактерии от атак клеток иммунной системы организма и снижают эффективность антисептиков и антибиотиков. Устойчивость биопленок заставляет ученых искать альтернативные антибиотикам способы уничтожения бактерий.

Группа ученых из Японии представила новый подход к борьбе с бактериями, устойчивыми к лечению. Исследователи разработали многослойные наночастицы, сочетающие несколько механизмов уничтожения бактерий. За основу метода взяли давно известные наночастицы серебра. Их покрыли полимерной оболочкой Soluplus, а внутрь поместили антибиотик азитромицин. Работа опубликована в журнале Nanoscale.

Предыдущие исследования группы показали, что инкапсуляция в полимер делает наночастицы стабильными. В опубликованной работе ученые взяли колонии кишечной палочки и эпидермального стафилококка. Обе бактерии часто становятся резистентными к антибиотикам в больничных условиях.

Стафилококк и кишечная палочка формируют стойкие биопленки на катетерах и хирургических имплантатах, что приводит к тяжелым и устойчивым к лечению инфекциям. В таких ситуациях предложенные наночастицы могут помочь в доставке антибиотика к бактериям через защитную слизь.

Предложенная матрешка атакует бактериальные клетки с помощью и антибиотика, и ионов серебра. Полимерная оболочка обеспечивает стабильность и предотвращает слипание наночастиц. Чем больше отдельных наночастиц попадает на биопленку, тем эффективнее антибактериальное действие, поэтому полимерная оболочка — важный элемент предложенного метода.

Созданные многослойные наночастицы смогли проникнуть в биопленки и разрушить их. Ученые использовали сканирующую электронную микроскопию и оптические измерения плотности для наблюдения за тем, как это происходит.

Исследователи создали миниатюрную высокочувствительную систему электродов LIG, способную в реальном времени отслеживать активность бактерий. В ней электроды имеют большую площадь поверхности, что дает бактериям идеальную основу для формирования биопленок, а также обладают высокой проводимостью.

Разрушенные бактерии создают отличный от целых клеток сигнал. Электроды способны обнаружить их распад по изменению тока. Этот метод работает без необходимости окрашивать бактерии.

Созданные наночастицы могут быть использованы для покрытия медицинских устройств, чтобы предотвращать образование биопленок. Метод детекции распада бактериальных пленок LIG-лектродами поможет удешевить скрининг рака.