Исследование фармакодинамики технологии лечения резистентных бактериальных инфекций с использованием квантовых точек

Обоснование. Проблема устойчивости микроорганизмов к противомикробным препаратам, в частности штаммов с множественной лекарственной устойчивостью и широкой лекарственной устойчивостью, представляет первостепенную угрозу для здравоохранения во всем мире, вызывая около 1,3 млн летальных исходов ежегодно. Данная тенденция диктует необходимость поиска новых подходов к лечению заболеваний, инициированных штаммами антибиотикорезистентной микрофлорой. За последние годы одним из перспективных направлений в данной области является исследование антиинфекционной активности наночастиц, в частности квантовых точек (КТ). Механизмы антиинфекционной активности КТ определяются их способностью к проникновению внутрь бактериальной клетки за счет сверхмалого размера (3–5 нм) и ее разрушению за счет дозированного производства активных форм кислорода, сопряженных со свободными электронами парами на внешнем энергетическом уровне КТ.
Цель исследования: исследование фармакодинамики металлических наночастиц (КТ) при взаимодействии с бактериальной клеткой для определения потенциальной перспективы лечения резистентной бактериальной инфекции.
Методы. В качестве метода исследования особенностей фармакодинамики КТ при взаимодействии с бактериальной клеткой применялась растровая и просвечивающая электронная микроскопия. В качестве объекта исследования брались водный раствор металлических КТ InP/ZnSe/ZnS 0,1 мл в концентрации 0,001% и культура митициллин-резистентного золотистого стафилококка. Образцы исследовались в чистом виде, а также после смешивания с раствором КТ в равных пропорциях во временных интервалах через 1, 5, 10, 30, 60 и 120 минут соответственно для оценки особенностей фармакодинамики. Критерием клинической активности образцов служило определение зон задержки роста диско-диффузионным методом.
Результаты. В ходе проведенного исследования установлено, что КТ свободно проникают через клеточную мембрану бактериальной клетки; первые признаки разрушения клетки с выходом ее содержимого начинают визуализироваться через 30 минут наблюдения; последующая динамика разрушения клеток сопровождается генерализованным выходом содержимого в межклеточное пространство, изменением их формы и объема в течении 60–120 минут, что указывает на бактерицидный эффект. Заключение. Полученные результаты демонстрируют перспективность дальнейших исследований, направленных на изучение технологии сочетанного (конъюгированного) использования КТ с актуальными антиинфекционными агентами для повышения их антиинфекционной активности, снижения риска селекции штаммов с множественной лекарственной устойчивостью и перспективой снижения затрат на здравоохранение.

Актуальность

Проблема устойчивости микроорганизмов к противомикробным препаратам (ПМП), в частности штаммов с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) и широкой лекарственной устойчивостью (ШЛУ), представляет первостепенную угрозу для здравоохранения во всем мире, вызывая около 1,3 млн летальных исходов ежегодно. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), повышенная устойчивость к ПМП входит в тройку основных проблем общественного здравоохранения в мире в XXI в. При этом наибольшую опасность в популяции представляет группа микроорганизмов под аббревиатурой ESKAPE (Enterococcus, Staphylococcus, Klebsiella, Actinobacter, Pseudomonas и Enterobacter) [1–2].

Данная тенденция обусловлена неадекватным (примененные резервных ПМП, нарушение режимов кратности, дозирования, продолжительности лечения), повсеместным (в виде профилактических средств) использованием ПМП в медицинской, сельскохозяйственной и ветеринарной отраслях, а также отсутствием новых ПМП на рынке, обусловленным высокими экономическими затратами на синтез с колоссальными бюрократическими барьерами [3–11].

Совокупность вышеописанных факторов приводит к возможности микроорганизмов развивать свои молекулярные механизмы адаптации, направленные на увеличение внутривидовой выживаемости, факторов агрессии и инвазии, таких как производство инактивирующих ферментов (например, β-лактамазы расширенного спектра, фосфотрансферразы, ацетилтранферразы и др.), изменение мишеней для антибиотика (например, метилирование остатка аденина, в случае устойчивости к эритромицину), изменение структурной архитектоники клеток (например, мутация гена порина у Гр-отрицательных бактерий), эффлюкс ПМП (выдавливание препарата за пределы клетки путем активации «насосов» для оттока), активация альтернативных путей метаболизма (например выработка альтернативного пути синтеза фолиевой кислоты при воздействии сульфаниламидов), транспорт генов устойчивости внутри колоний бактериальных клеток, способность к формированию клеток-персистеров (метаболически не активные клетки с низкой чувствительностью ПМП), а также образование биополимерных матриц с электростатическим компонентом, препятствующее проникновению ПМП в бактериальную колонию [12–17].

Вышеописанное диктует необходимость поиска новых подходов к лечению заболеваний, инициированных штаммами с МЛУ и ШЛУ, целью которых являются уменьшение смертности, спровоцированной вышеописанной микрофлорой, снижение затрат на здравоохранение, повышение эффективности лечения и сокращение сроков реабилитации пациентов с различной инфекционной патологией.

В последние годы, одним из перспективных направлений в данной области является исследование антиинфекционной активности наночастиц, которые объединяют под общим термином «антибактериальная нанотерапия, или наноантибиотики». Наночастицы представляют собой синтезированные, как правило химическим способом, инженерные структуры сверхмалого размера 1–100 нм, имеющие различную форму, состав, биологические и физико-химические свойства, которые определяют спектр их антимикробной активности, которая также в значительной степени может зависеть от температуры, pH, концентрации ионов металлов, особенностей функционализации, силанизации и других биологических факторов [18–21].

Существующее разнообразие наночастиц широко представлено липосомами, мицеллярными структурами, твердыми липидными наночастицами, ноногелями, нанокапсулами, нанотрубками, эмульсиями, а также полимерными, углеродными, металлическими наноточками (КТ) [22–23].

Наибо...

Пономарев В.О., Омельяновский В.В.