Nanopartikel polimer - senjata baru dalam memerangi bakteria? • Arkady Kuramshin • Berita Sains mengenai "Elemen" • Kimia, Perubatan, Nanoteknologi

Nanopartikel polimer – senjata baru dalam memerangi bakteria?

Rajah 1. Spherical disintesis semasa kajian (a) dan berbentuk batang (b) Berus molekul polimer meniru dua motif utama struktur bacteriophage. Struktur kimia mereka ditunjukkan dalam gambar rajah c dan d. Rantai biru pada imej a dan b dan serpihan biru rumus struktur pada rajah c dan d sepadan dengan poli (4-vinil-N-methylpyridinium iodide); merah Unsur-unsur dan serpihan formula struktur sesuai dengan β-siklodekstrin (untuk a dan c) dan poli [2- (bromoisobutyryl) etil methacrylate] (untuk b dan d). Gambar dari artikel dibincangkan diACS Penyakit Berjangkit

Nanopartikel polimer yang meniru struktur sampul virus boleh secara selektif membunuh pelbagai jenis bakteria (termasuk terikan yang telah menimbulkan ketahanan terhadap antibiotik) tanpa menjejaskan sel manusia. Membezakan saiz dan bentuk nanopartikel mengubah aktiviti khusus mereka. Hasil kajian ini dapat menjadi dasar untuk strategi baru untuk pengembangan obat-obatan antimikroba yang akan melawan jangkitan, yang tidak menyumbang kepada perkembangan daya tahan bakteri.

Rintangan organisme terhadap tindakan antibiotik – rintangan antibiotik – kini merupakan salah satu masalah kesihatan yang paling serius.Laporan Pertubuhan Kesihatan Sedunia, yang diterbitkan pada bulan April 2014, menyatakan yang berikut: "Rintangan tidak lagi hanya ramalan untuk masa depan, kerana ia sudah nyata sekarang di setiap rantau di dunia dan boleh menjejaskan semua orang, tanpa mengira umur, di setiap negara. Rintangan antibiotik adalah fenomena apabila bakteria mengubah begitu banyak lagi antibiotik tidak mempunyai kesan ke atas tubuh orang yang memerlukannya untuk melawan jangkitan, dan ini kini menjadi salah satu ancaman paling serius kepada kesihatan manusia " (Untuk butiran lanjut tentang bagaimana bahaya rintangan bakteria kepada antibiotik adalah, lihat artikel Apik Antibiotik). Sudah tentu, kemajuan dalam bidang mewujudkan antibiotik baru juga tidak disediakan, ia sering dilaporkan pada penciptaan ubat yang mana bakteria dihasilkan dengan sangat perlahan (lihat, sebagai contoh, superantibiotik Synthesized berita yang mana rintangan tidak dihasilkan, Elemen, 06.06. 2017), bagaimanapun, strategi yang digunakan untuk pembangunan ejen antimikrobial, malangnya, tidak bersinar dengan kepelbagaian.Ini termasuk menyekat mekanisme yang mengawal pembinaan membran sel bakteria, mengganggu kerja ribosom bakteria yang bertanggungjawab untuk proses sintesis protein, atau mengganggu replikasi DNA bakteria. Malangnya, tidak kira betapa kuatnya antibiotik baru, cepat atau lambat, pemilihan semulajadi membawa kepada penampilan strain bakteria yang tahan, dan kesannya. Mekanisme pertahanan yang dihasilkan dalam bakteri dapat termasuk pengubahsuaian biokimia antibiotik, mengurangi aktivitasnya, mengubah bakteri sasaran molekul, yang dipengaruhi oleh antibiotik, atau secara aktif menghapus obat dari sel bakteria.

Menyelesaikan tugas membangunkan ejen antimikroba baru, para penyelidik berusaha untuk mencipta jenis strategi baru – untuk mendapatkan sistem yang secara literal dapat menghancurkan sel-sel bakteria, yang tidak membolehkan mereka membina rintangan. Satu pendekatan yang menjanjikan adalah penggunaan peptida antimikrob (peptida antimikrob). Ini adalah rantaian pendek residu asid amino yang dihasilkan oleh pelbagai organisma untuk melindungi daripada patogen biologi (bakteria, parasit, atau kulat).Tindakan peptida antimikrob adalah berdasarkan penggabungan mereka ke dalam sel membran organisma patogenik, gangguan integriti struktur membran dan, akibatnya, pemusnahan sel.

Nanopartikel antimikrob sebelum ini diperoleh daripada peptida antimikrobial yang semulajadi (lihat, GN Tew et al., 2010. Reka bentuk de novo polimer antimikrobial, pelipat, dan molekul kecil: Dari penemuan kepada aplikasi praktikal), serta dari polimer yang model peptida ini (EF Palermo, K. Kuroda, 2010. Penentu struktur polimer, yang meniru peptida pertahanan tuan rumah). Walau bagaimanapun, nanopartikel dari kedua-dua protein dan polimer sintetik yang meniru strukturnya mempunyai kelemahan biasa: serpihan hidrofobik mereka juga memusnahkan sel-sel mamalia. Ini membatasi kemungkinan menggunakan sistem seperti antibiotik.

Penyelidik dari kumpulan Hongjun Liang di Texas University of Technology telah mencadangkan bahawakira-kiraBacteriophage protein, virus yang secara selektif menjangkiti sel-sel bakteria, boleh menunjukkan selektiviti yang lebih besar dalam memerangi bakteria. Lebih tepat lagi, bukan protein bakteria sendiri, tetapi model sintetik mereka.

Para penyelidik memperoleh tiga nanopartikel yang menyerupai struktur bakteroid: satu sfera dengan diameter 8 nanometer dan dua batang dengan diameter 7 nanometer dan satu panjang 18, yang lain – 70 nanometer.Pada peringkat pertama, copolymerization blok digunakan untuk mensintesis struktur nanostrat polimer: β-siklodekstrin (struktur ini berfungsi sebagai asas untuk nanopartikel bulat) atau poli [2- (bromoisobutyryl) etil methacrylate] (polimer ini adalah asas untuk nanopartikel berbentuk batang) vinil-N-methylpyridine). Copolymers blok terhasil yang mengandungi serpihan piridin dalam kumpulan framing, dalam peringkat kedua penyediaan nanopartikel, diubahsuai dengan rawatan dengan iodomethane. Reaksi kuaterisasi berlaku (dalam tindak balas ini, atom nitrogen trivalen yang tidak dibebankan (kurang biasa fosforus) bertindak balas dengan sesuatu (selalunya dengan asid atau alkil halida), beralih kepada nitrogen tetravalen yang membawa cas positif, yang diimbangi dengan cas negatif sisa asid atau halida ion alkil halida; lihat kation ammonium kuater), yang membolehkan molekit metilpyridine ditukar kepada kumpulan metil metil pyridinium iodida.

Pemilihan bentuk dan saiz nanopartikel telah ditentukan oleh keinginan untuk memodelkan motif struktur beberapa unsur bakteria; contohnya, tiub ekor bacteriophage T4 dicirikan oleh panjang 94 nm dan diameter 9.6 nm.Nanopartikel terdiri daripada polimer teras, dirangka "gentian" membawa cas positif polimer hidrofilik – poli (4-vinyl-N-methyl pyridinium iodide) (Rajah 1). The hidrofilik (iaitu, keupayaan untuk membentuk interaksi antara molekul kuat dengan air) serpihan polimer, sekitar teras, dicapai dengan kehadiran ikatan kimia di antara kation ionik pyridinium (pyridinium – ionik piridina derivatif) dan anion iodida terdiri daripada unit struktur diperolehi zarah polimer shell luar. Air adalah pelarut polar yang, melalui ikatan bukan kimia, membentuk sekutu kuat dengan serpihan polimer yang dikenakan.

Ketiga-tiga jenis nanopartikel telah diuji untuk aktiviti terhadap gram-negatif strain. Escherichia coli (Rajah 2), gram positif Staphylococcus aureusmenunjukkan ketahanan terhadap pelbagai jenis antibiotik Pseudomonas aeruginosa, serta pada sitotoksisiti terhadap sel darah merah manusia. Eksperimen telah menunjukkan bahawa nanopartikel sfera berfungsi dengan berkesan. Untuk membunuh 99.9% gram negatif E. coliAnda tidak perlu melebihi 32 mcg / ml nanopartikel jenis ini dan tumpuan mereka maut kepada Gram-positif S. aureusadalah 4 mcc / ml. Akhirnya, untuk memusnahkan 99.9% sel yang tahan terhadap pelbagai antibiotik P. aeruginosa kepekatan hanya 2 μg / ml adalah mencukupi.

Rajah. 2 Imej bakteria diambil dengan mikroskop elektron imbasan E. coli. c – sampel kawalan df – sampel yang diinkubasi dengan nanopartikel: batang panjang (d), batang pendek (e) dan sfera (f). Pelanggaran keutuhan membran bakterinya telah pun muncul selepas 200 saat selepas permulaan inkubasi E. coli dengan nanopartikel sfera dan dengan nanopartikel mewakili rod pendek. Gambar dari artikel dibincangkan di ACS Penyakit Berjangkit

Zarah-zarah seperti menunjukkan aktiviti antimikrob kurang. Untuk nanorod dengan panjang 70 nm, kepekatan bakteria minimum yang berkaitan dengan dua strain positif gram yang berbeza S. aureus terdapat sekurang-kurangnya 512 mcg / ml. Ini adalah kepekatan yang sangat tinggi, yang hampir menghapuskan penggunaan nanopartikel jenis ini sebagai bakteris dalam memerangi mikroba gram-positif: dalam kepekatan ini, nanopartikel terlalu berbahaya bagi organisma (terutamanya untuk organ penapisannya, seperti hati dan buah pinggang) dan mahal untuk penggunaan massa. .Tetapi nanorod adalah berbahaya bagi bakteria gram-negatif: kepekatan bakteria minimum untuk gram-negatif P. aeruginosa adalah 2 dan 4 μg / ml untuk nanorods dengan panjang 18 dan 70 nm, masing-masing.

Selektiviti yang berkaitan dengan bakteria gram-negatif dikaitkan dengan fakta bahawa bakteria gram-positif mempunyai kulit peptidoglycan yang padat, dengan pori-pori yang mempunyai diameter 5 hingga 50 nm tidak dapat dilepasi atau tidak dapat dilepaskan ke nanopartikel seperti batang; Walau bagaimanapun, nanorod yang sama cukup mampu merosakkan membran lipid luar nipis bakteria gram-negatif. Dianggap bahawa hasil yang diperolehi mungkin berguna untuk mengawal aktiviti dan pemilihan nanoparticle bakterisinya akibat perubahan dalam ukuran dan / atau bentuknya.

Eksperimen juga menunjukkan bahawa ketiga-tiga nanopartikel selamat untuk eritrosit manusia, mereka tidak menyebabkan sama ada membran membran mereka atau aglutinasi mereka (adhesi). Sikap berbeza terhadap sel-sel yang berlainan jenis dijelaskan oleh perbezaan dalam struktur membran sel-sel ini. Membran erythrocytes manusia yang terdiri daripada fosfolipid bukan polar dan hidrofobik tidak boleh berinteraksi dengan nanopartikel polar,Oleh itu, mereka tidak akan dapat menggabungkan ke dalam shell dan melanggar integriti atau untuk menghubungi sel dua atau lebih sel darah merah sekali gus dan menyebabkan mereka bersama. Membran sel sel bakteria mengandungi sphingolipid; ia mengandungi serpihan polar dalam jumlah yang besar – phosphocholine (lihat Phosphocholine) atau phosphoethanolamine (lihat Phosphorylethanolamine), yang terikat oleh polimer hidrofilik yang membentuk shell nanospheres atau nanorodules.

Ia masih pramatang untuk membincangkan penggunaan klinikal nanopartikel bakterisida, tetapi penyelidik berharap hasil kerja mereka akan membolehkan perubahan global dalam pendekatan untuk memerangi mikroorganisma patogenik. Kerja mereka boleh menjadi asas untuk mewujudkan kelas baru antibiotik – "nanoantibiotics", reka bentuk arah yang akan memungkinkan untuk mengawal aktiviti, selektiviti dan kesesuaian biologi nanopartikel yang mempamerkan sifat bakteria.

Sumber: Yunjiang Jiang, Wan Zheng, Liangju Kuang, Hairong Ma, Hongjun Liang. Hidrofilik Phage-Mimicking Membran Antimikrobial Aktif Mendedahkan Aktiviti-Aktiviti Tergantung Nanostructure dan Pemilihan Selektif // ACS Penyakit Berjangkit. 2017. DOI: 10.1021 / acsinfecdis.7b00076.

Arkady Kuramshin


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: