17 September 2023, 12:30

Разработаны наночастицы для уничтожения внутриклеточных хламидий

Внутриклеточные бактериальные патогены до сих пор представляют угрозу для жизни и здоровья человека. К примерам таких микроорганизмов относятся Mycobacterium tuberculosisListeria monocytogenes и Chlamydia trachomatis, которые вызывают такие заболевания, как туберкулез, листериоз и трахома, соответственно. Одной из главных сложностей в лечении данных инфекций является то, что, занимая нишу внутри клетки-хозяина, бактерии оказываются защищены мембранами этой клетки и от антибиотиков, и от клеток иммунной системы. Например, хламидии, в том числе C. trachomatis, могут существовать в разных формах. Инфекционная (внеклеточная) форма представляет собой элементарные тельца, мелкие сферические образования размером 0,2–0,4 мкм с толстой клеточной стенкой. В клетке-хозяине элементарные тельца формируют включения, где трансформируются в ретикулярные тельца, которые крупнее в несколько раз, активно делятся и уязвимы для лекарств. В ответ на антибиотикотерапию ретикулярные тельца могут трансформироваться в латентную форму — аберрантные тельца, которые метаболически неактивны и, следовательно, нечувствительны к антибиотикам. В связи с этим использование наночастиц, способных доставлять антибактериальные агенты в область бактериальной ниши внутри клетки-хозяина (то есть в хламидийные включения) выглядит очень перспективным, особенно учитывая, что подобные системы уже применялись для борьбы с другими паразитическими бактериями, например с золотистым стафилококком.

Разработаны наночастицы для уничтожения внутриклеточных хламидий

В качестве «контейнера для лекарств» ученые выбрали мезопористые наночастицы. Они состоят из ионов металлов (или кластеров ионов) и связывающих их мостиков из органических молекул — «линкеров». В ходе синтеза получаются пористые каркасные структуры, причем в эти поры можно поместить лекарственные вещества. Исследователи получили для эксперимента наночастицы на основе катионов железа и тримезиновой кислоты, которые обладают, биоразлагаемостью, биосовместимостью, химической стабильностью в воде и низкой токсичностью. В качестве антибактериального агента был использован фотосенсибилизатор метиленовый синий, который при освещении видимым светом красного диапазона участвует в генерации активных форм кислорода, повреждающих бактериальные структуры и вызывающих фотодинамическую инактивацию патогена. В отличие от антибиотикотерапии, фотодинамическая терапия не зависит от метаболической активности бактерий, что позволяет надеяться на возможность эффективного использования данного подхода для лечения покоящейся формы хламидий.

В качестве модели ученые использовали зараженные хламидиями макрофаги. Было показано, что наночастицы способны не только проникать в зараженные клетки, но и накапливаться внутри хламидийных включений, то есть достигать непосредственной близости к бактериям.

Михаил Дурыманов, заместитель заведующего лабораторией специальных клеточных технологий МФТИ и автор идеи проекта, рассказывает: «Большинство генерируемых при участии фотосенсибилизатора кислородных радикалов обладает малым временем жизни и коротким пробегом в клетке, а следовательно, они будут взаимодействовать и повреждать только близко расположенные бактериальные клетки и не приносить значительного ущерба отдаленно расположенным клеточным структурам хозяйской клетки, например ядру. Именно способность наночастиц МОКС MIL-100 доставлять лекарства в хламидийные включения позволила нам впервые применить фотодинамический подход для уничтожения данных бактерий в инфицированной клетке-хозяине».

Было показано, что добавление наночастиц на основе металл-органических каркасных соединений с фотосенсибилизатором к незараженным макрофагам и последующее их облучение видимым светом красого диапазона не оказывало цитотоксического эффекта на данные клетки. Вместе с тем такая же обработка инфицированных хламидиями макрофагов приводила к полной инактивации бактерий внутри хозяйских клеток. Это показали тесты с повторной инфекцией клеток линии HeLa. При этом использование железосодержащих наночастиц для доставки фотосенсибилизатора позволило дополнительно увеличить фотодинамический эффект.

«Мы обнаружили, что наши наночастицы не просто выступают в качестве средства доставки фотосенсибилизатора в хламидийные включения, но и сами помогают усилить фотодинамический эффект благодаря наличию в их составе атомов железа, которые принимают участие в генерации наиболее реакционноспособных кислородных радикалов», — объясняет Сяоли Ци, аспирантка лаборатории специальных клеточных технологий МФТИ.

Таким образом, в работе удалось показать возможность фотодинамической инактивации хламидий с помощью мезопористых наночастиц на основе металл-органических каркасных соединений с фотосенсибилизатором без вреда для клетки-хозяина, что делает предложенный учеными подход крайне перспективным, особенно для борьбы с латентными хламидийными инфекциями.

Кроме сотрудников лаборатории специальных клеточных технологий МФТИ, в работе принимали участие их коллеги из МГУ им. М. В. Ломоносова, НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи, ФНКЦ физико-химической медицины им. Ю. М. Лопухина и Института пористых материалов Парижа (IMAP, Ecole Normale Supérieure).

Работа опубликована в журнале ACS Infectious Diseases и поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации.

Source:  Пресс-служба МФТИ

News article publications

Read also

Новый метод оценки риска метастазирования опухоли
Ученые МФТИ протестировали эффективность нового метода оценки риска метастазирования опухоли. Выяснив, что подвижные и пластичные раковые клетки обладают «повышенным аппетитом», исследователи предложили им флуоресцентные наночастицы. Оказалось, что чем агрессивнее опухоль, тем больше частиц она поглощает и тем интенсивнее будет свечение образца ткани под микроскопом. Этот недорогой и несложный в техническом плане метод поможет гораздо быстрее подобрать оптимальную на конкретной стадии заболевания терапию для пациента.
Cancer Research
Cell Biology
Nanomedicine
22 September 2023
Раскрыт противораковый механизм работы наночастиц магнетита
Эти частицы прикрепляются к опухолевым клеткам, и под действием переменного магнитного поля вызывают их гибель, однако до сих пор было не ясно, как именно
Cell Biology
Nanomedicine
Oncology
Theranostics
9 February 2023
Желтый свет с длиной волны 565 нанометров обезвредит «спящие» очаги туберкулеза
Ученые предложили избавляться от лекарственно-устойчивых и «спящих» форм микобактерий — возбудителей туберкулеза — с помощью желтого света. Неактивные патогены нечувствительны ко всем известным антибиотикам, а потому часто остаются в легких пациентов даже после лечения и вызывают рецидивы заболевания. Эксперименты продемонстрировали, что новый подход позволяет уничтожить 99,99% бактерий всего за 30 минут облучения светом с длиной волны 565 нанометров.
Infectious diseases
Medical Physics
Medicine
19 March 2024
Синаптамид из печени кальмара способен снизить воспаление в почках при ишемии
Ученые показали, что вещество, выделенное из печени дальневосточного кальмара, снижает воспаление в почках при ишемии — нарушении кровоснабжения органа. Благодаря этому соединение потенциально можно будет использовать при лечении болезней почек.
Cell Biology
Immunology
Marine biology
16 March 2024
Найдена новая форма жизненно важных белков — актинов
Ученые из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Института цитологии РАН, Объединенного института ядерных исследований и Университета Южной Флориды (США) изучили инактивированную форму белка актина. Это исследование поможет в понимании механизмов функционирования ядра живой клетки — органеллы, в которой сосредоточен наследственный аппарат, и в разработке новых методов терапии возрастных заболеваний.
Cell Biology
Microbiology
Molecular Biology
11 February 2024
Предложен новый способ безыгольных инъекций
Ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами представили инновационный способ безыгольных инъекций. Проведенные исследования показали эффективность предложенной схемы и возможность к широкому применению.
Medicine
Microbiology
Nanomedicine
9 February 2024