An Antibiotic You Inhale Can Deliver Medication Deep Into The Lungs

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Oleme kõik alates Covid-19st kopsutervisest teadlikumad.

Astma ja kroonilise obstruktiivse kopsuhaigusega (KOK) põdevate inimeste jaoks on kopsuprobleemidega tegelemine aga elukestev võitlus. KOK-i põdevatel inimestel on väga põletikuline kopsukude, mis paisub ja takistab hingamisteid, muutes hingamise raskeks. See haigus on levinud, ainuüksi USA-s esineb aastas üle kolme miljoni juhtumi.

Kuigi see on juhitav, pole ravi. Üks probleem on see, et KOK-iga kopsud pumpavad välja tonni viskoosset lima, mis moodustab barjääri, mis takistab ravil kopsurakkudeni jõudmist. Limane aine – kui seda välja ei köhita – tõmbab ligi ka baktereid, raskendades olukorda veelgi.

Uues uurimuses in Teadus ettemaksed kirjeldab võimalikku lahendust. Teadlased on välja töötanud nanokandja, et viia antibiootikumid kopsudesse. Nagu bioloogilisel kosmoselaeval, on ka kandjal "uksed", mis avanevad ja vabastavad antibiootikume infektsioonide vastu võitlemiseks limakihi sees.

"Uksed" ise on samuti surmavad. Valmistatud väikesest valgust, rebivad nad lahti bakterimembraanid ja puhastavad nende DNA-d, et vabastada kopsurakud kroonilisest infektsioonist.

Meeskond koostas nanokandja abil antibiootikumi inhaleeritava versiooni. KOK-i hiiremudelis taaselustas ravi nende kopsurakud vaid kolme päevaga. Nende vere hapnikusisaldus normaliseerus ja varasemad kopsukahjustuse tunnused paranesid aeglaselt.

"See immunoantibakteriaalne strateegia võib nihutada praegust KOK-i ravi paradigmat," ütles meeskond kirjutas artiklis.

Hinga mind

Kopsud on äärmiselt õrnad. Kujutage ette õhukesi, kuid painduvaid rakukihte, mis on eraldatud labadeks, et aidata koordineerida hapniku voolu kehasse. Kui õhk voolab läbi hingetoru, hajub see kiiresti keeruliste harude võrgustiku vahel, täites tuhandeid õhukotte, mis varustavad keha hapnikuga, vabastades selle süsinikdioksiidist.

Need struktuurid on kergesti kahjustatud ja suitsetamine on tavaline käivitaja. Sigaretisuits paneb ümbritsevad rakud välja pumbama limaainet, mis takistab hingamisteid ja katab õhukotte, muutes nende normaalse funktsioneerimise raskeks.

Aja jooksul moodustab lima omamoodi "liimi", mis tõmbab ligi baktereid ja kondenseerub biokileks. Barjäär blokeerib veelgi hapnikuvahetust ja muudab kopsude keskkonna bakterite kasvuks soodsaks.

Üks viis allakäiguspiraali peatamiseks on bakterite hävitamine. Laia toimespektriga antibiootikumid on kõige laialdasemalt kasutatav ravi. Kuid limase kaitsekihi tõttu ei pääse nad kergesti kopsukudedesse sügavale bakteriteni. Veelgi hullem on see, et pikaajaline ravi suurendab antibiootikumiresistentsuse võimalust, muutes tõrksate bakterite hävitamise veelgi keerulisemaks.

Kuid kaitsekihil on nõrkus: see on lihtsalt natuke liiga hapu. Sõna otseses mõttes.

Avatud uste poliitika

Nagu sidrunil, on limane kiht terve kopsukoega võrreldes veidi happelisem. See veidrus andis meeskonnale idee ideaalsest antibiootikumikandjast, mis vabastaks oma kasuliku koormuse ainult happelises keskkonnas.

Meeskond valmistas ränidioksiidist (painduvast biomaterjalist) õõnsad nanoosakesed, täitis need tavalise antibiootikumiga ja lisas ravimite vabastamiseks "uksed".

Neid avasid kontrollivad täiendavad lühikesed valgujärjestused, mis töötavad nagu "lukud". Tavalistes hingamisteede ja kopsude keskkonnas voldivad need ukse juures kokku, eraldades sisuliselt antibiootikumid mulli sees.

KOK-iga kopsudes vabanev lokaalne happesus muudab lukuvalgu struktuuri, nii et uksed avanevad ja vabastavad antibiootikumid otse lima ja biokile, murdes sisuliselt läbi bakterite kaitsevõime ja suunates need nende koduväljakule.

Üks katse seguga läbis Petri tassis laboris kasvatatud biokile. See oli varasemat tüüpi nanoosakestega võrreldes palju tõhusam, peamiselt seetõttu, et kandja uksed avanesid biokile sees – teistes nanoosakestes jäid antibiootikumid lõksu.

Kandjad võivad ka nakatunud piirkondadesse sügavamale kaevata. Rakkudel on elektrilaengud. Nii kandjal kui limal on negatiivsed laengud, mis – nagu kahe magneti sarnaselt laetud otsad – suruvad kandjad sügavamale lima ja biokile kihtide sisse ja läbi.

Teel muudab lima happesus aeglaselt kandja laengu positiivseks, nii et kui biokile on möödas, avaneb “luku” mehhanism ja vabastab ravimit.

Töörühm testis ka nanoosakeste võimet baktereid hävitada. Ühes tassis pühkis nad välja mitu levinumat tüüpi nakkuslikke baktereid ja hävitasid nende biokile. Ravi tundus suhteliselt ohutu. Tassis oleva inimese loote kopsurakkudega tehtud testid tuvastasid minimaalseid toksilisuse märke.

Üllataval kombel võib kandja ise ka baktereid hävitada. Happelises keskkonnas lõhkus selle positiivne laeng bakterite membraane. Nagu hüppanud õhupallid, vabastasid putukad oma keskkonda geneetilist materjali, mille kandja üles pühkis.

Tule summutamine

Kopsu bakteriaalsed infektsioonid tõmbavad ligi üliaktiivseid immuunrakke, mis põhjustab turset. Ka õhukotte ümbritsevad veresooned muutuvad läbilaskvaks, muutes ohtlike molekulide läbipääsu lihtsamaks. Need muutused põhjustavad põletikku, muutes hingamise raskeks.

KOK-i hiiremudelis vaigistas inhaleeritav nanoosakeste ravi üliaktiivset immuunsüsteemi. Mitut tüüpi immuunrakud jõudsid tagasi tervislikule aktivatsioonitasemele, võimaldades hiirtel lülituda tugevalt põletikulise profiiliga profiilile, mis võitleb infektsioonide ja põletikega.

Inhaleeritavate nanoosakestega ravitud hiirtel oli kopsudes ligikaudu 98 protsenti vähem baktereid, võrreldes nendega, kellele manustati sama antibiootikumi ilma kandjata.

Bakterite väljapühkimine ohkas hiirtel kergendatult. Nad hingasid kergemini. Nende vere hapnikusisaldus tõusis ja vere happesus, mis on ohtlikult madala hapnikusisalduse märk, normaliseerus.

Mikroskoobi all taastasid töödeldud kopsud normaalsed struktuurid tugevamate õhukottidega, mis taastusid aeglaselt KOK-i kahjustusest. Ravitud hiirtel oli ka kopsudes vähem turset vedeliku kogunemise tõttu, mida tavaliselt täheldatakse kopsuvigastuste korral.

Kuigi tulemused on paljulubavad, on need ainult suitsetamisega seotud KOK-i mudeli jaoks hiirtel. Ravi pikaajaliste tagajärgede kohta on veel palju, mida me ei tea.

Kuigi praegu puudusid kõrvaltoimete märgid, on võimalik, et nanoosakesed võivad aja jooksul kopsudesse koguneda, põhjustades lõpuks kahjustusi. Ja kuigi kandja ise kahjustab bakterite membraane, tugineb ravi enamasti kapseldatud antibiootikumile. Koos antibiootikumiresistentsus tõusuteel on mõned ravimid juba kaotamas oma toimet KOK-i puhul.

Siis on mehaaniliste kahjustuste võimalus aja jooksul. Ränipõhiste nanoosakeste korduv sissehingamine võib pikas perspektiivis põhjustada kopsude armistumist. Ehkki nanoosakesed võivad KOK-i juhtimise strateegiaid muuta, on selge, et vajame järeluuringuid, kirjutas meeskond.

Image Credit: kristallvalgus / Shutterstock.com