Российские исследователи совместно с немецкими коллегами разработали гибридные наноконтейнеры для безопасной доставки антибиотиков, позволяющие увеличить активность заключенного в них препарата. Система наноконтейнеров состоит из наночастиц серебра, окруженных оболочкой из полиглутаминовой кислоты.
В настоящее время появляется все больше устойчивых к антибиотикам бактерий, в связи с чем необходимо разрабатывать новые препараты и увеличивать эффективность и безопасность уже существующих. Одними из наиболее эффективными на сегодняшний день считаются полимиксины, представляющие собой антибиотики пептидной природы. Полимиксины оказывают бактерицидное действие на грамотрицательные бактерии, к которым относятся кишечная и синегнойная палочка, сальмонелла, холерный вибрион и многие другие.
Однако все полимиксины токсичны, из-за чего их нельзя назначать пациентам с заболеваниями печени и почек, центральной нервной системы, а также детям и больным пожилого возраста. В связи с этим крайне актуально разработать систему адресной доставки полимиксинов к их мишеням в организме, а также максимально снизить их токсичность.
Исследователи из Санкт-Петербургского Института высокомолекулярных соединений РАН (ИВС РАН), Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) и Государственного НИИ особо чистых биопрепаратов разработали наночастицы типа ядро-оболочка, позволяющие безопасно доставить полимиксины в необходимые ткани, а также усилить их антимикробное действие.
В качестве оболочки наночастиц была выбрана биосовместимая и биодеградируемая полиглутаминовая кислота, способная прочно связывать положительно заряженный антибиотик, что не позволяет ему преждевременно выйти из оболочки. Кроме полимерной оболочки разработанные наночастицы содержат ядро на основе наночастиц серебра и обладают собственными противомикробными свойствами, что увеличивает эффективность антибиотика.
Компоненты наночастиц — серебро и полиглутаминовую кислоту — авторы «сшивали» между собой в ходе химических реакций. После этого в них помещали антибиотик, используя взаимное притяжение зарядов на полимере и полимиксине.
Коллеги из Ганноверского университета им. Г.В. Лейбница оценили токсичность полученных частиц по отношению к искусственно выращенным эпителиальным клеткам человека. Оказалось, что через трое суток после обработки жидкостью с наночастицами жизнеспособность культуры не снизилась. При этом эксперимент с клетками патогенной бактерии Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) показал, что наночастицы, несущие антибиотик, до четырех раз более эффективно подавляют рост бактерий, чем свободные полимиксины.
«Разработанные нами гибридные наночастицы позволяют безопасно доставить антибиотик в необходимые ткани благодаря отсутствию цитотоксичности и постепенному высвобождению полимиксинов из полимерной оболочки. В дальнейшем мы планируем исследовать возможность нацеленной доставки наночастиц в места бактериального заражения», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Юрий Скорик, ведущий научный сотрудник, руководитель лаборатории природных полимеров ИВС РАН.
Авторы разработали также композитные материалы в виде пленок на основе биосовместимого полимера агарозы, наполненные гибридными наночастицами с полимиксином. Полученные системы, обладающие антимикробными свойствами, можно использовать в качестве раневых покрытий для лечения различных повреждений кожи.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.
