Полимер VS бактерии. Кто кого?

Полимер VS бактерии. Кто кого?Полимер VS бактерии. Кто кого?

Добрый день, уважаемые хабрапользователи!

Сегодня я хотел бы обсудить с вами проблему взаимодействия бактерий и антибиотиков, которая уже достаточно давно беспокоит умы многих ученых.

Основная проблема заключается в том, что бактерии (несмотря на свои малые габариты) отличаются высокой жизнестойкостью. Для борьбы с ними периодически разрабатываются новые виды лекарственных препаратов – антибиотиков. Постоянная разработка нового лекарства является единственным способом борьбы с ними, т.к. спустя некоторое время после появления нового антибиотика (а это может быть даже очень короткий промежуток времени), он (тот самый антибиотик) резко начинает терять свою эффективность.

Т.е. процесс борьбы с бактериями выглядит следующим образом: бактерии подвергаются обработке новым препаратом -> погибает примерно 99.99 процентов всех бактерий (что, на первый взгляд, довольно-таки неплохо) -> оставшиеся 0.01 процента продолжают размножаться в геометрической прогрессии -> все возвращается на исходную позицию с одним лишь изменением — новые бактерии приобретают иммунитет к новому препарату. И вновь необходимы новые разработки.

Но темпы разработки новых лекарственных препаратов не успевают за темпами появления новых видов болезнетворных организмов. Люди постоянно нуждаются в новом средстве для борьбы с ними. Ситуацию усугубляет также и то, что в последние годы устойчивые к антибиотикам бактерии все чаще вызывают вспышки опасных для жизни инфекций.

Есть Надежда?

Полимер VS бактерии. Кто кого?Полимер VS бактерии. Кто кого?

Относительно недавно исследователи из IBM Research и Сингапурского института биоинженерии и нанотехнологий (Singapore’s Institute of Bioengineering and Nanotechnology) разработали новые типы полимеров, которые направлены на обнаружение и уничтожение устойчивых к антибиотикам бактерий и возбудителей инфекционных заболеваний, таких как, например, золотистого стафилококка, устойчивого к метициллину (Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus, MRSA).

Данное открытие стало побочным эффектом разработки новых технологий изготовления полупроводников (!). Ученые-химики из IBM Research в Альмадене, Калифорния, работали над созданием нового метода травления микроскопических структур на кремниевых подложках.

В ходе исследований разрабатывались новые материалы, частицы которых, обладая электрическим потенциалом, группируются вместе и формируют полимеры, защищающие поверхность кремния от травящего вещества.

После того, как искомые материалы были найдены, и технология заработала необходимым образом, ученые провели дополнительные исследования, чтобы выяснить, нельзя ли использовать эти материалы где-нибудь еще. В результате нескольких экспериментов появились наночастицы, уничтожающие бактерии посредством перфорации бактериальной оболочки.

По какому же принципу борются данные полимеры с бактериями?

Наночастицы изготовлены из специального полимерного материала. При взаимодействии с водой в организме или на теле человека, они самостоятельно собираются в капли величиной 200 нанометров (что в 50 000 раз тоньше человеческого волоса). Эти капли обладают небольшим положительным электрическим зарядом и благодаря этому притягиваются к бактериям, которые имеют отрицательный электрический заряд, чем они и отличаются от клеток человеческого организма. Далее нанокапли обволакиваю мембраны оболочек бактерий и пробивают в них большие отверстия, посредством чего и уничтожают бактерии, трудно поддающиеся лечению, не разрушая здоровые клетки вокруг них.

Полимер VS бактерии. Кто кого?Полимер VS бактерии. Кто кого?
Бактерии до (слева) и через 8 часов после (справа) инкубации с наночастицам

Возвращаясь к проблеме восстановления бактерий, необходимо сделать акцент на том, что эти полимеры также препятствуют развитию у бактерий устойчивости к лекарственным препаратам. Они прорываются через клеточную стенку и мембрану внутрь клетки бактерии, что позволяет говорить о принципиально ином способе атаки на инфицированные клетки по сравнению с традиционными антибиотиками.

Так как каждая нанокапля может поразить множество целей, нет необходимости использования их высокой концентрации. По истечению нескольких дней наночастицы разлагаются на углекислый газ и неядовитые примитивные спиртовые соединения, которые выводятся из организма естественным путем.

Полимер VS бактерии. Кто кого?Полимер VS бактерии. Кто кого?По словам Джеймса Хедрика (ученого из исследовательского центра IBM Research – Almaden, занимающегося исследованиями перспективных органических материалов), — «Благодаря этому открытию, мы сегодня можем использовать результаты многолетних исследований и разработок в области материаловедения, которые проводились в полупроводниковой промышленности, для создания принципиально нового механизма доставки лекарственного вещества, способного сделать лекарства более эффективными и узкоспециализированными с точки зрения лечебного эффекта».

Полимер VS бактерии. Кто кого?Полимер VS бактерии. Кто кого?Йиян Янг (Yiyan Yang), руководитель научной группы в Сингапурском Институте биоинженерии и нанотехнологий (Institute of Bioengineering and Nanotechnology), также подчеркивает: «Используя наши новые наноструктуры, мы можем предложить действительно эффективное терапевтическое решение для лечения инфекций MRSA и других инфекционных заболеваний».

В отличие от большинства антибактериальных средств, эти структуры являются биодеградируемыми (т.е. поддающимися биологическому разложению), что расширяет сферу их потенциального применения, поскольку, как уже было сказано, они могут выводиться из организма естественным образом (а не остаются в организме и накапливаются в его органах).

При производстве в промышленном масштабе, эти биологически разлагаемые наноструктуры могут вводиться в организм непосредственно или наноситься на кожу, что позволит лечить кожные инфекции с помощью таких предметов повседневного использования как дезодоранты, мыло, влажные салфетки и другие дезинфицирующие средства.

Эти наноструктуры могут также быть использованы для заживления ран, для лечения туберкулеза и легочных инфекций.
Новый метод поиска и физического нападения на бактерии и микроорганизмы является чрезвычайно многообещающим способом борбы с заболеваниями.

Полимер VS бактерии. Кто кого?Полимер VS бактерии. Кто кого?

В настоящее время исследователи IBM Research работают над дальнейшим развитием и тестированием технологии борьбы с болезнетворными микроорганизмами с помощью полимерного материала и ищут компанию-партнера, которая займется коммерциализацией такой технологии.

На ваш взгляд, изменит ли данное открытие жизнь к лучшему?

Полимер VS бактерии. Кто кого?Полимер VS бактерии. Кто кого?

Автор: ibm