Наногубка поглощает стафилококковый токсин из крови

Ученые из США разработали мельчайшие наногубки, замаскированные под эритроциты крови, которые способны поглощать широкий спектр опасных токсинов.

Среди ядов, которые впитывает уникальная наногубка, ученые называют токсины МРЗС и кишечной палочки, и даже протеины змеиного и пчелиного яда.

Эта технология показала эффективность в экспериментах на мышах, предложив ученым революционный способ лечения различных отравлений.

Команда исследователей из Отделения наноинжиниринга Онкологического центра Мура при Университете Калифорнии в Сан-Диего сообщила о своем открытии 14 апреля в онлайн-журнале «Nature Nanotechnology».

Специалисты по наноинжинирингу манипулируют с такими мелкими фрагментами материалов, которые измеряются миллиардными долями метра (нанометрами). Для того чтобы покрыть булавочную головку, к примеру, потребуются миллионы таких микроскопических «кирпичиков».

В нашем случае наногубки имеют диаметр около 85 нанометров. Они сделаны из биосовместимого полимерного ядра, которое покрыто фрагментами мембраны красных кровяных телец.

Главный исследователь Линфан Чанг, профессор наноинжиниринга Школы инжиниринга Джейкобса, заявил прессе: «Вместо длительной и дорогостоящей разработки специфических антидотов против отдельных токсинов мы предлагаем универсальную платформу для нейтрализации ядов самых разных патогенов, включая метициллин-резистентный золотистый стафилококк (МРЗС) и другие штаммы бактерий, резистентные к антибиотикам».

Чанг и его коллеги считают, что их работа может привести к созданию неспецифических противоядий, которые будут спасать жизни при укусах змей и насекомых. Это даст новое оружие тем врачам, которые часто сталкиваются с укусами представителей дикой фауны, и не всегда могут узнать вид «агрессора», укусившего пациента.



Наногубки способны разрушать так называемые порообразующие токсины – вещества, которые пробивают отверстия в клеточной мембране жертвы. Эти губки могут абсорбировать порообразующие токсины независимо от их конкретной молекулярной структуры. Тем самым новинка дает значительные преимущества перед другими технологиями, для которых нужен сложный процесс создания индивидуального противоядия.

Для нынешнего исследования Чанг и его коллеги отобрали экспериментальных мышей, на которых тестировали один из опаснейших бактериальных токсинов – альфа-гемолизин, продуцируемый МРЗС. Если мышам предварительно делали инъекцию наногубок, то ученым удавалось достичь 89% выживаемости после введения летальной дозы токсина. Если нанопрепарат вводили после токсина, то выживаемость составляла 44%.

Команда нацелилась на развитие конкретных методов терапии с использованием нового подхода. Одним из первых применений должно стать лечение инфекции МРЗС, при которой серьезная опасность заключается именно в воздействии мощных токсинов на организм больного.

Покрытие наногубки

Один из первых типов клеток, который атакуют порообразующие токсины – это эритроциты крови. Когда токсины пробивают мембрану эритроцита, возникает утечка ионов через образовавшиеся поры. В итоге клетка крови погибает.

Когда ученые покрыли наногубки фрагментами мембран эритроцитов, они стали «выглядеть» для токсинов как настоящие клетки крови, и играть роль ловушки. Одна наногубка может привлечь и поглотить множество молекул токсинов, помешав им атаковать настоящие клетки больного. Еще одним плюсом покрытия наногубок оболочкой является способность частиц «выживать» в крови пациента, не будучи атакованными иммунной системой.

Для реализации такой идеи ученые взяли образец крови, отделили эритроциты центрифугированием, а затем поместили их в раствор, где клетки набухали и разрывались. В результате были получены фрагменты клеточной мембраны, которые прикрепили к наногубкам, просто смешав два раствора вместе.

Благодаря использованию мельчайших фрагментов оболочки одного эритроцита достаточно для обработки нескольких тысяч наногубок (губка в 3 000 раз меньше клетки).

Емкость наногубок

В ходе недавнего исследования ученые еще и показали, что наночастицы, замаскированные под эритроциты, способны доставлять противораковые лекарства прямо к опухолям. Но сегодня речь идет не об этом.

Наногубки, использованные в этой работе, имели период полужизни около 40 часов. И сами губки, и их токсичный груз успешно метаболизировались в печени пациентов без каких-либо заметных последствий.

Лишь одной правильно подобранной дозы наногубок достаточно для того, чтобы очистить кровь от бактериальных токсинов, как это делали ученые с мышами. При этом одна наногубка может перехватить около 70-80 молекул альфа-гемолизина МРЗС, около 30 молекул стрептолизина О или 850 мономеров мелиттина (компонента пчелиного яда). Для других токсинов цифры будут отличаться.

Сегодня американские ученые намерены подготовиться к проведению клинических испытаний нового изобретения на людях. Через несколько лет, по их мнению, наногубки станут обыденным явлением в современной больнице.

Средства для работ над созданием наногубок выделил Национальный научный фонд США, а также Национальный институт диабета, заболеваний пищеварительного тракта и почек США.