Наногубка поглинає стафілококовий токсин з крові

Вчені з США розробили найдрібніші наногубкі, замасковані під еритроцити крові, які здатні поглинати широкий спектр небезпечних токсинів.

Серед отрут, які вбирає унікальна наногубка, вчені називають токсини МРЗС та кишкової палички, і навіть протеїни зміїного і бджолиної отрути.

Ця технологія показала ефективність в експериментах на мишах, запропонувавши вченим революційний спосіб лікування різних отруєнь.

Команда дослідників з Відділення наноінжінірінга Онкологічного центру Мура при Університеті Каліфорнії в Сан-Дієго повідомила про своє відкриття 14 квітня о онлайн-журналі «Nature Nanotechnology».

Фахівці з наноінжінірінгу маніпулюють з такими дрібними фрагментами матеріалів, які вимірюються мільярдними частками метра (нанометрів). Для того щоб покрити шпилькову головку, наприклад, будуть потрібні мільйони таких мікроскопічних «цеглинок».

У нашому випадку наногубкі мають діаметр близько 85 нанометрів. Вони зроблені з біосумісного полімерного ядра, яке покрите фрагментами мембрани червоних кров`яних тілець.

Головний дослідник Лінфан Чанг, професор наноінжінірінга Школи інжинірингу Джейкобса, заявив пресі: «Замість тривалої і дорогої розробки специфічних антидотів проти окремих токсинів ми пропонуємо універсальну платформу для нейтралізації отрут самих різних патогенів, включаючи метицилін-резистентний золотистий стафілокок (МРЗС) та інші штами бактерій, резистентні до антибіотиків ».

Чанг і його колеги вважають, що їх робота може привести до створення неспецифічних протиотрут, які рятуватимуть життя при укусах змій і комах. Це дасть нову зброю тим лікарям, які часто стикаються з укусами представників дикої фауни, і не завжди можуть дізнатися вид «агресора», вкусив пацієнта.

Наногубкі здатні руйнувати так звані пороутворюючих токсини - речовини, які пробивають отвори в клітинній мембрані жертви. Ці губки можуть абсорбувати пороутворюючих токсини незалежно від їх конкретної молекулярної структури. Тим самим новинка дає значні переваги перед іншими технологіями, для яких потрібен складний процес створення індивідуального протиотрути.

Для нинішнього дослідження Чанг і його колеги відібрали експериментальних мишей, на яких тестували один з найнебезпечніших бактеріальних токсинів - альфа-гемолізин, що продукується МРЗС. Якщо мишам попередньо робили ін`єкцію наногубок, то вченим вдавалося досягти 89% виживання після введення летальної дози токсину. Якщо нанопрепарат вводили після токсину, то виживаність становила 44%.

Команда націлилася на розвиток конкретних методів терапії з використанням нового підходу. Одним з перших застосувань має стати лікування інфекції МРЗС, при якій серйозна небезпека полягає саме у впливі потужних токсинів на організм хворого.

покриття наногубкі

Один з перших типів клітин, який атакують пороутворюючих токсини - це еритроцити крові. Коли токсини пробивають мембрану еритроцита, виникає витік іонів через що утворилися пори. У результаті клітина крові гине.

Коли вчені покрили наногубкі фрагментами мембран еритроцитів, вони стали «виглядати» для токсинів як справжні клітини крові, і грати роль пастки. Одна наногубка може залучити і поглинути безліч молекул токсинів, перешкодивши їм атакувати справжні клітини хворого. Ще одним плюсом покриття наногубок оболонкою є здатність частинок «виживати» в крові пацієнта, не будучи атакованими імунною системою.

Для реалізації такої ідеї вчені взяли зразки крові, відокремили еритроцити центрифугуванням, а потім помістили їх в розчин, де клітини набухали і розривалися. В результаті були отримані фрагменти клітинної мембрани, які прикріпили до наногубкам, просто змішавши два розчину разом.

Завдяки використанню найдрібніших фрагментів оболонки одного еритроцита досить для обробки декількох тисяч наногубок (губка в 3 000 разів менше клітини).

ємність наногубок

В ході недавнього дослідження вчені ще й показали, що наночастинки, замасковані під еритроцити, здатні доставляти протиракові ліки прямо до пухлин. Але сьогодні мова йде не про це.

Наногубкі, використані в цій роботі, мали період напіввиведення близько 40 годин. І самі губки, і їх токсичний вантаж успішно Метаболізований в печінці пацієнтів без будь-яких помітних наслідків.

Лише одній правильно підібраної дози наногубок досить для того, щоб очистити кров від бактеріальних токсинів, як це робили вчені з мишами. При цьому одна наногубка може перехопити близько 70-80 молекул альфа-гемолизина МРЗС, близько 30 молекул стрептолізин Про або 850 мономерів меліттіна (компонента бджолиної отрути). Для інших токсинів цифри будуть відрізнятися.

Сьогодні американські вчені мають намір підготуватися до проведення клінічних випробувань нового винаходу на людях. Через кілька років, на їхню думку, наногубкі стануть буденним явищем в сучасній лікарні.

Засоби для робіт над створенням наногубок виділив Національний науковий фонд США, а також Національний інститут діабету, захворювань травного тракту і нирок США.