Nova vrsta biorazgradivih nanočestica može prodrijeti u bakterije otporne na lijekove, probijajući njihove stanične stijenke i ispuštajući njihov sadržaj, selektivno ih ubijajući. Čestice polimera mogle bi se jednog dana koristiti u bilo čemu, od injekcionih tretmana za bakterije otporne na lijekove, do novih antibakterijskih sapuna i dezodoransa, prema izumiteljima iz IBM-a. Nakon što završe svoj posao, čestice se raspadaju i ispiraju s napadačima koje su uništile.
Nanočestice, za koje IBM kaže da su relativno jeftine, bile su učinkovite protiv buba koje su evoluirale da budu otporne na antibiotike, uključujući otporne na meticilin Staphylococcus aureus (MRSA). Preliminarni rezultati sugeriraju da bi čestice također mogle biti učinkovite protiv kvasca, gljivica i sličnih malih bakterija E. coli, IBM kaže. Istraživanje novih čestica objavljeno je u ovotjednom broju časopisa Kemija prirode.
Antibiotici ubijaju mikroorganizme na različite načine, uključujući ometanje njihove DNK ili interakciju s njihovom sposobnošću da ponovno izgrade svoj stanične stijenke, objašnjava James Hedrick, napredni znanstvenik za organske materijale i glavni izumitelj u IBM-ovom Almaden istraživačkom centru u San Joseu, Kalif. Ali neke bube prežive napad, što dovodi do novih generacija bakterija koje neće podleći lijekovima.
Nova klasa pozitivno nabijenih plastičnih mikrostrojeva, uključujući IBM-ove nanočestice, ima nešto fizičkiji pristup.
"Oni su dizajnirani da režu staničnu membranu, da pocijepaju membranu i uklone sadržaj", rekao je Hedrick. “To je nešto poput načina na koji bi virus radio - virus buši pore, isprazni sadržaj i otme ga. Ovo je bušenje malih rupa i sav sadržaj iscuri.”
Transmisijske elektronske mikrografije pokazuju da radi: kao što slike pokazuju, stijenke stanica su popucale i sve što je unutra je nestalo. Najbolji dio je to što bakterije ne mogu razviti otpor jer je to fizički napad, a ne kemijski.
Prije i poslije
Te su čestice posebne jer se same okupljaju u vodi i biorazgradive su, za razliku od drugih tretmana nanočesticama. Izrađene su od amfifilnog polikarbonatnog materijala, što znači da neke čestice vole vodu, a neke odbijaju vodu. Kada je izložen tekućinama - poput seruma ili krvi - polikarbonat se sam sastavlja u nakupine veličine oko 200 nanometara. Drugi dio nakupine je pozitivno nabijen, dizajniran da odgovara negativno nabijenoj površini mikroba, rekao je Hedrick.
Stanične stijenke su dinamične barijere, neprestano se preoblikuju i mijenjaju dok se dijele. Kada se nešto veže za njihovu površinu, sinteza zidova se prekida. Penicilin se, na primjer, veže na enzim koji pomaže u izgradnji stijenki. Hedrick i suradnici s Instituta za bioinženjering i nanotehnologiju u Singapuru kažu da nabijene čestice djeluju na stijenke stanica kako bi ih destabilizirale.
"Ove su čestice kationske (pozitivno nabijene), pa ih privlači površina mikrobne membrane i ona počinje ometati taj dinamički proces sastavljanja membrane", rekao je Hedrick.
Autori također izvješćuju da se čestice mogu koristiti u relativno niskim koncentracijama. Hedrick je rekao da nisu sigurni zbog čega su čestice tako učinkovite, ali to je vjerojatno zato što svaka može ubiti više stanice, krećući se prema novim ciljevima nakon što su membrane toliko izobličene da statika više ne veže stanice i nanočestice zajedno.
"Malo polimera ide daleko", rekao je Hedrick.
Nakon nekoliko dana od toga, enzimi počinju razbijati lance koji drže čestice zajedno, rekao je Bob Allen, viši menadžer u IBM-Almadenovom odjelu za naprednu kemiju materijala.
“Razmišljajte o enzimu kao o paru škara — proći će i odrezati ga. To je samo slaba karika koja vam omogućuje da imate razgradiv sustav”, rekao je.
Čestice se razgrađuju na molekule alkohola i ugljičnog dioksida, koje se uklanjaju kao i sve drugo u krvotoku.
IBM vjeruje da bi čestice mogle biti novi način liječenja bakterija otpornih na lijekove, posebice MRSA, koja se često povezuje s bolničkim infekcijama. Tvrtka kaže da su bakterije otporne na antibiotike plodno polje za njezine laboratorije za istraživanje polimera - kemičari se prvenstveno fokusiraju o elektronici, ali istraživanje veličine čipa dobro se prenosi na istraživanje u zdravstvu, pročišćavanju vode i energiji, Allen rekao je.
Hedrick i Allen upozorili su da nisu kliničari i da ne znaju kako bi se čestice koristile. Ali bili su optimistični u pogledu mogućnosti.
"Primjene će biti vrlo raznolike, bilo da govorimo o zacjeljivanju rana ili previjanju, infekciji kože i vrlo vjerojatno injekcijama u krvotok", rekao je Hedrick. "Ali ovo je dosta rano u procesu otkrivanja da bismo tamo otišli."