Чтобы отследить микробы в их убежищах и уничтожить их, группа исследователей из Empa и ETH Zurich в настоящее время разрабатывает наночастицы, которые используют совершенно иной способ действия, чем обычные антибиотики: хотя антибиотикам трудно проникать в клетки человека, эти наночастицы , благодаря своему небольшому размеру и структуре, могут проникать через мембрану пораженных клеток. Оказавшись там, они могут бороться с бактериями.
Биостекло и металл
Команда Инге Херрманн и Тино Маттер использовала оксид церия, материал с антибактериальными и противовоспалительными свойствами в форме наночастиц. Исследователи объединили наночастицы с биоактивным керамическим материалом, известным как биостекло. Биостекло представляет интерес в области медицины, поскольку обладает универсальными регенерирующими свойствами и используется, например, для восстановления костей и мягких тканей.
Затем они синтезировали полученные пламенем гибриды наночастиц из оксида церия и биостекла. Частицы уже успешно используются в качестве адгезивов для ран, благодаря чему можно одновременно использовать несколько интересных свойств: благодаря наночастицам можно остановить кровотечение, ослабить воспаление и ускорить заживление ран. Кроме того, новые частицы демонстрируют значительную эффективность против бактерий, а лечение хорошо переносится клетками человека.
Недавно новая технология была успешно запатентована. Команда опубликовала свои результаты в научном журнале Nanoscale в «Emerging Investigator Collection 2021»."
Уничтожение микробов
Исследователи смогли показать взаимодействия между гибридными наночастицами, человеческими клетками и микробами с помощью электронной микроскопии, среди других методов.
Если инфицированные клетки обрабатывали наночастицами, бактерии внутри клеток начинали растворяться. Однако, если исследователи специально блокировали поглощение гибридных частиц, антибактериальный эффект исчезал.
Точный способ действия частиц еще полностью не изучен.
Было показано, что другие металлы также обладают антимикробным действием. Однако церий менее токсичен для клеток человека, чем, например, серебро. В настоящее время ученые предполагают, что наночастицы влияют на клеточную мембрану бактерий, создавая активные формы кислорода, которые приводят к разрушению микробов.
Поскольку мембрана клеток человека структурно отличается, наши клетки не подвержены этому процессу.
Исследователи считают, что противодействие подобного рода механизму с меньшей вероятностью разовьется. «Более того, частицы церия со временем регенерируются, так что окислительное действие наночастиц на бактерии может начаться снова», – говорит исследователь Empa Тино Маттер. Таким образом, частицы церия могут иметь длительный эффект.
Затем исследователи хотят более подробно проанализировать взаимодействие частиц в процессе заражения, чтобы дополнительно оптимизировать структуру и состав наночастиц. Цель состоит в том, чтобы разработать простое и надежное антибактериальное средство, эффективное внутри инфицированных клеток.
Коварные микробы Среди бактерий есть некоторые особо коварные патогены, которые проникают в клетки и поэтому невидимы для иммунной системы. Так они переживают времена, когда защита тела находится в состоянии боевой готовности.
Это явление также известно
стафилококки. Они могут проникать в клетки кожи, соединительной ткани, костей и даже в иммунную систему. Механизм этой настойчивости еще полностью не изучен.
Стафилококки – это в основном безвредные микробы, которые можно найти на коже и слизистых оболочках.
Однако при определенных условиях бактерии наводняют организм и вызывают сильное воспаление или даже приводят к токсическому шоку и сепсису. Это делает стафилококки основной причиной смерти от инфекций, вызванных только одним типом возбудителя.
Растущее число стафилококковых инфекций, которые больше не поддаются лечению антибиотиками, особенно опасно.
MRSA, мультирезистентные микробы, особенно опасны в больницах, где, как нозокомиальные патогены, они вызывают плохо поддающиеся лечению раневые инфекции или колонизируют катетеры и другое медицинское оборудование. В общей сложности ежегодно в Швейцарии происходит около 75 000 госпитальных инфекций, 12 000 из которых заканчиваются смертельным исходом.
Церий: мастер на все руки среди химических элементов
Химический элемент церий был несправедливо назван в честь карликовой планеты Церера; серебристый металл в настоящее время производит большой фурор.
В качестве оксида церия он входит в состав автомобильных каталитических нейтрализаторов, а также используется в производстве таких разнообразных продуктов, как самоочищающиеся печи, ветровые стекла и светодиоды (светодиоды). Его антимикробные и противовоспалительные свойства также делают его интересным для использования в медицине.