Наночастицы на основе серебра и полиаминокислоты повысили безопасность и эффективность антибиотиков

Российские исследователи совместно с зарубежными коллегами разработали гибридные наноконтейнеры для безопасной доставки антибиотиков, позволяющие увеличить активность заключенного в них препарата. Предложенная система состоит из наночастиц серебра, окруженных оболочкой из полиглутаминовой кислоты. Такие наночастицы обладают собственными противомикробными свойствами, при этом нетоксичны для человеческих клеток и могут использоваться в качестве основы для новых антибактериальных препаратов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.

С каждым годом появляется все больше устойчивых к антибиотикам бактерий, а потому необходимо разрабатывать новые препараты и увеличивать эффективность и безопасность уже существующих. Одними из наиболее эффективных на сегодняшний день считаются полимиксины, открытые более пятидесяти лет назад и 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. Такие препараты непосредственно нарушают целостность цитоплазматической мембраны патогенов, вследствие чего бактериальная устойчивость к данным антибиотикам возникает редко. 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 Института высокомолекулярных соединений РАН (Санкт-Петербург), Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) и Государственного научно‑исследовательского института особо чистых биопрепаратов (Санкт-Петербург) 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 имени Готфрида Вильгельма Лейбница (Германия) 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.

Кроме того, авторы разработали 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.

«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 Института высокомолекулярных соединений РАН.