Fangyu Zhang et al. / Nature Materials, 2022
Ученые из США сделали биороботов для доставки антибиотиков: они взяли одноклеточные водоросли, оснастили их полимерными наночастицами, обернутыми мембраной нейтрофилов, и антибиотиком. Такие конструкции помогли мышам справиться с бактериальной инфекцией в легких. Результаты опубликованы в Nature Materials.
Бактерии умеют приспосабливаться к действию антибиотиков и развивать устойчивость к ним. Всемирная организация здравоохранения считает антибиотикорезистентность глобальной угрозой для здоровья и развития, а в 2019 году ее назвали третьей причиной смертности в мире. Подробнее о причинах и возможных последствиях антибиотикорезистентности читайте в материале «Конец прекрасной эпохи».
Чтобы бороться с этой проблемой, нужно изобретать новые препараты или повышать эффективность старых, для последнего можно использовать наночастицы. Ученые уже так делали: помещали антибиотик внутрь, что помогло вылечить инфекцию, вызванную резистентными бактериями.
Ученые из Калифорнийского университета в Сан Диего пошли дальше и пришили наночастицы к биороботу, таким образом им удалось вылечить пневмонию (но пока только у мышей). Джеймс Вон (James Wang) и его коллеги выбрали одноклеточную водоросль хламидомонаду Рейнгардта (Chlamydomonas reinhardtii) в качестве живого компонента конструкции. К ней пришили контейнер из наночастиц, который одели в мембрану из иммунных клеток — нейтрофилов. Каждый элемент биоробота выполнял свою функцию: в контейнер из наночастиц поместили антибиотик, а водоросль активно двигалась, обеспечивая распределение препарата. Нейтрофильная мембрана, с одной стороны, сделала конструкцию менее заметной для иммунной системы, с другой — помогла связаться с мишенью — бактериями. Поскольку это экспериментальное лечение, его нельзя было провести сразу на людях, и ученые начали с мышей.
Чтобы вызвать пневмонию, грызунам через трахею ввели бактерии Pseudomonas aeruginosa. Часть грызунов оставили без лечения, а некоторым спустя полчаса после заражения в легкие поместили биороботов или ввели антибиотик в кровь. Все грызуны, получившие оба типа лечения, выжили.
Вся идея исследования отражена в одной картинке: водоросли с наночастицами и антибиотиками помещали в легкие, пораженные патогенной бактерией, и такое экспериментальное лечение успешно сработало на мышах.
Fangyu Zhang et al. / Nature Materials, 2022
Но при этом выяснилось, что доставка антибиотика с помощью модифицированных водорослей существенно повышает эффективность препарата. Чтобы убить столько же бактерий в легких, сколько смогли это сделать биороботы, потребовалось внутривенное введение в 3288 раз большей дозы антибиотика (500 нанограмм против 1644 нанограмм).
Кроме успешности терапии, нужно было проверить ее безопасность. Авторы работы утверждают, что после лечения биороботами в тканях грызунов не нашли признаков повреждения или воспаления.
Ткани сердца, печени, селезенки, легких и почек после того, как в организме мыши в течение 24 (c), 72 (d) и 168 (e) часов находились водоросли-микророботы. Относительно контроля ученые не заметили большой разницы.
Fangyu Zhang et al. / Nature Materials, 2022
Содержание цитокинов TNFα (f), IL-1β (g) и IL-6 (h) тоже не сильно поменялось на фоне присутствия водорослей в течение 24, 72 и 168 часов
Fangyu Zhang et al. / Nature Materials, 2022
Исследователи считают, что в будущем их изобретение можно будет улучшить, используя генетически модифицированные водоросли. Это повысит их эффективность за счет более точного нацеливания на бактерий.
Водоросли — не единственные организмы, которые можно использовать для создания биороботов. Для этой цели подходят черепахи, лягушки, и даже мертвые пауки.
Полина Гребенкина