Китайські і британські вчені одягли наночастинки золота в подвійну оболонку, зробивши їх одночасно біосумісними і ефективними проти бактерій. Отримані наночастинки відмінно справлялися з бактеріальними інфекціями на шкірі щурів і поодинці, але ще ефективніше працювали в тандемі з антибіотиком. Результати дослідження опубліковані в журналі. Резистентність до антибіотиків - серйозна проблема сучасної медицини. Захворювання, які викликані резистентними бактеріями, насилу піддаються лікуванню, а іноді і зовсім не лікуються.
Для боротьби з такими бактеріями біологи і медики постійно шукають нові підходи, і один з варіантів - терапія металевими наночастинками. Металеві наночастинки можуть як впливати на бактерії самостійно (пошкоджуючи мембрани бактерій і генеруючи радикальні частинки), так і посилювати ефект антибіотиків. Однак зробити ефективні ліки на основі наночастинок не так просто. Щоб наночастинки ефективно атакували бактерій, метал укутують в оболонку з органічних лігандів. Найчастіше та ж сама оболонка підвищує токсичність наночастинок і уповільнює їх виведення з організму.
Елегантне рішення для цієї проблеми запропонували китайські та британські хіміки під керівництвом Синьоюя Цзяна (Xingyu Jiang) з Південного науково-технологічного університету в Гуандуні. Вони одягли золоті наночастинки в оболонку з двох типів лігандів - до цетилпірідінієвих лігандів (P12), які за рахунок позитивного заряду на поверхні допомагають частинкам зв'язуватися з грамположними бактеріями, додали цвіттер-іони, які повинні відповідати за стабільність і біосумісність.
Вчені працювали з добре відомими в літературі наночастинками складу Au25 (SR) 18 - стабільними і водорозчинними. Існуючі методики дозволяють робити такі частинки однорідними за розміром - кожна містить рівно 25 атомів золота. А завдяки невеликому розміру частинки, які виконали своє завдання, швидко виводяться з організму.
Щоб синтезувати наночастинки в подвійній оболонці, автори спочатку окремо синтезували і очищали кожен ліганд, а потім змішували їх з джерелом золота (тетрагідратом тетрахлороаурата водню H [AuCl4]· 4H2O) і додавали відновлювач у лужному середовищі. У пошуках ідеального складу оболонки вчені варіювали співвідношення лігандів - всього вони приготували десять різних варіантів наночастинок.
Як показав метод просвічувальної електронної мікроскопії, на розмір частинок склад оболонки ніяк не вплинув - всі вони мали діаметр близько 1,2 нанометрів.
Антибактеріальну активність перевірили на штамах грамполоджувальних бактерій, серед яких був і штам золотистого стафілокока, резистентного до антибіотика метициліну. Цзянь і його колеги очікували, що кращу антибактеріальну активність покажуть частинки з високим вмістом P12 - адже саме цей ліганд допомагає золоту проникати через мембрану бактерій. Однак, результат вийшов несподіваним: активність проходила через максимум в районі 45-50 мольних відсотків P12, потім знижувалася, і тільки після 70 відсотків знову починала підвищуватися і досягала другого максимуму при 100 мольних відсотках. Водночас цитотоксичність наночастинок очікувано вбивала з підвищенням вмісту P12. У підсумку автори вирішили зупинитися на 45 відсотках P12 і 55 відсотках цвіттер-іонів. Для фінальної перевірки антибактеріальної активності наночастинок вибрали штам епідермального стафілокока, резистентного до метициліну. Наночастинки тестували як ізольовано, так і спільно з трьома популярними антибіотиками - іміпенемом, оксацилліном і еритроміцином. Використання наночастинок дозволило за двадцять чотири години зменшити кількість бактерій у 105 разів, а добавка будь-якого з трьох антибіотиків додатково посилювала антибактеріальну активність. Найефективніший тандем вийшов з іміпенемом - за ті ж двадцять чотири години популяція бактерій скоротилася вже в 107 разів.
Антибактеріальна дія золотих наночастинок реалізується через три механізми. По-перше, цетилпіридіній зв'язується з залишками тейхоєвої кислоти на поверхні грамположних бактерій, що сприяє злипанню бактерій і заважає їм розмножуватися. Крім того прилипші до бактерія наночастинки змінюють потенціал мембрани і заважають роботі важливих бактеріальних ферментів. І нарешті, наночастинки генерують радикали кисню, які також можуть пошкоджувати мембрани бактерій. Все це допомагає іміпенему проникнути через мембрану і посилює його власну антибактеріальну активність, яка в основному заснована на придушенні синтезу клітинних стінок бактерій. Синергія наночастинок і антибіотиків зберігається і при використанні - автори продемонстрували це на лікуванні шкірних інфекцій у щурів. При використанні наночастинок разом з іміпенемом рана помітно скорочувалася вже за три дні і повністю затягувалася за дванадцять днів. У тих щурів, яких лікували тільки наночастинками або тільки антибіотиком рани затягувалися повільніше, а у щурів з контрольної групи, яких не лікували нічим, в тих же умовах спостерігалася навіть негативна динаміка - рани росли і кількість бактерій в них збільшувалася. Автори вважають, що технологію подвійної оболонки можна буде використовувати і для інших типів наночастинок - не тільки для боротьби з бактеріями, але і, наприклад, для гіпертермії. Терапія наночастинками - не єдиний спосіб боротьби з резистентними бактеріями. У жовтні канадські вчені створили плазміду з вбудованим комплексом CRISPR/Cas9, яка знищила резистентних бактерій у кишківнику миші. А на початку листопада вийшла стаття американських біоінженерів, які розробили новий спосіб тестування бактерій на резистентність до антибіотиків. Замість вирощування бактерій у чашках Петрі вчені запропонували вимірювати інтенсивність клітинного дихання. Завдяки цьому результат можна отримати всього за півтори години.