Materiał antybakteryjny przywraca skuteczność antybiotyków przeciwko opornym bakteriom

Materiał antybakteryjny przywraca skuteczność antybiotyków przeciwko opornym bakteriom
Badania naukowców z Chalmers University of Technology w Szwecji pokazują, że oporne bakterie mogą odzyskać wrażliwość na antybiotyki, gdy leczenie zostanie połączone z materiałem wyposażonym w antybakteryjne peptydy. Badanie, przeprowadzone w warunkach laboratoryjnych, pokazuje, że antybiotyki mogą osiągnąć 64-krotny wzrost skuteczności bakteriobójczej, gdy są stosowane razem z materiałem, którego właściwości antybakteryjne są również znacznie wzmocnione przez to połączenie.

Materiał bakteriobójczy został opracowany do zastosowań medycznych i był badany przez naukowców przez wiele lat. Wykazał on silną zdolność do zabijania wielu różnych rodzajów bakterii – w tym odpornych na antybiotyki. Materiał składa się ze specjalnie zaprojektowanego hydrożelu zawierającego antybakteryjne peptydy, które są cząsteczkami służącymi również jako budulec białek.

Aby umożliwić kliniczne zastosowanie materiału peptydowego, szczególnie w połączeniu ze standardowymi metodami leczenia, takimi jak antybiotyki, naukowcy musieli upewnić się, że materiał nie wpływa negatywnie na skuteczność antybiotyków, gdy jest stosowany jednocześnie.

Badanie przyniosło zaskakująco pozytywne wyniki: antybiotyki stały się bardziej skuteczne w połączeniu z materiałem. Naukowcy odkryli również efekt synergiczny przeciwko niektórym opornym bakteriom, w którym działanie przeciwbakteryjne materiału peptydowego i antybiotyków było nie tylko addytywne, ale znacznie wzmocnione, gdy były stosowane razem. Nie wykazano tego wcześniej.

„Kiedy cząsteczki hydrożelu weszły w bliski kontakt z bakteriami, osłabły one i stały się bardziej podatne na leczenie antybiotykami. W niektórych przypadkach antybiotyki stały się ponownie skuteczne przeciwko bakteriom, które wcześniej były oporne” – mówi Annija Stepulane, doktorantka chemii stosowanej w Chalmers i pierwsza autorka pracy naukowej.

Odporne bakterie odzyskały wrażliwość

Materiał peptydowy został przetestowany w kulturach bakteryjnych w połączeniu z dwoma różnymi antybiotykami: oksacyliną i wankomycyną. Bakteriami objętymi eksperymentami były dwa rodzaje gronkowców (S. aureus), z których jeden jest szczepem opornym na kilka antybiotyków (MRSA).
Najsilniejszy efekt zaobserwowano w przypadku MRSA, zwłaszcza gdy materiał został połączony z oksacyliną – antybiotykiem, na który bakterie są zwykle odporne. Połączenie to obniżyło skuteczne stężenie oksacyliny 64-krotnie w porównaniu do sytuacji, gdy antybiotyk był stosowany samodzielnie. W rezultacie stężenie oksacyliny spadło poniżej progu, przy którym bakterie są klasyfikowane jako oporne na lek.
W przypadku wankomycyny skuteczne stężenie zostało również obniżone, gdy lek został połączony z hydrożelem, chociaż efekt ten był raczej addytywny niż synergiczny.

Stabilne i aktywne leczenie w czasie

Naukowcy próbowali już wcześniej łączyć peptydy przeciwdrobnoustrojowe z antybiotykami, ale jak dotąd tylko z peptydami w roztworze. W tej formie peptydy są bardzo wrażliwe i tracą skuteczność w kontakcie z płynami ustrojowymi, takimi jak krew. Jednak gdy peptydy są przyłączone do hydrożelu, stają się znacznie bardziej stabilne i mogą być aktywne przez dłuższy czas.

Naukowcy z Chalmers zmierzyli wcześniej aktywność bakteriobójczą trwającą kilka dni w przypadku hydrożelu, w przeciwieństwie do kilku godzin w przypadku peptydów w roztworze. Dostrzegają oni liczne zalety tego preparatu.

„Materiał oparty na peptydach może być stosowany lokalnie, na ograniczonej części ciała, dzięki czemu nie wpływa na całe ciało. Materiał jest nietoksyczny i nie powoduje żadnych niepożądanych skutków ubocznych” – mówi Martin Andersson, kierownik badań i profesor chemii stosowanej w Chalmers.

Może ograniczyć infekcje i zmniejszyć ryzyko powikłań

Hydrożel, który może być również formułowany jako cząsteczki w sprayu, może zwiększyć bezpieczeństwo i skuteczność kuracji antybiotykowej, którą otrzymuje pacjent. Jednym z potencjalnych zastosowań tego odkrycia jest leczenie ran.

„Często nie wiadomo, czy bakterie, które spowodowały infekcję rany, są oporne na dany antybiotyk w momencie rozpoczęcia leczenia. Jednoczesne nałożenie materiału peptydowego na ranę zwiększa prawdopodobieństwo, że antybiotyk będzie skuteczny przeciwko bakteriom. Wówczas można wyleczyć infekcję bez konieczności stosowania dodatkowych rodzajów antybiotyków” – mówi Martin Andersson.

Ponieważ materiał peptydowy ma jedynie pozytywny wpływ na proces gojenia, naukowcy widzą również ogromne korzyści w stosowaniu go jako standardowego leczenia zapobiegającego infekcjom ran.
“Materiał ten mógłby być stosowany w placówkach opieki zdrowotnej, na przykład po zabiegach chirurgicznych – możliwość ta jest już dostępna w opiece weterynaryjnej w niektórych krajach – oraz w warunkach domowych. Mógłby funkcjonować jak zwykły plaster, szczególnie dla tych, którzy obawiają się infekcji. Może to być szczególnie interesujące w obszarach o wysokiej częstości występowania opornych infekcji, takich jak niektóre części Afryki i Azji, gdzie wymagana jest dodatkowa ostrożność w przypadku urazów ran” – mówi Martin Andersson.

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe występują naturalnie w naszych ciałach, a ich silne właściwości bakteriobójcze są znane od dawna. Komórki bakteryjne umierają, ponieważ peptydy uszkadzają ich błony komórkowe, głównie poprzez interakcję między dodatnimi ładunkami w peptydach i ujemnymi ładunkami w błonach bakteryjnych.
Synergistyczne działanie peptydów i antybiotyków wykazano już wcześniej, ale tylko w przypadku wolnych peptydów w roztworze, z którymi trudno jest pracować klinicznie, ponieważ szybko się rozkładają. Obecne badanie jest pierwszym, które wykazało skuteczność peptydów związanych z materiałem, dzięki czemu są one wystarczająco stabilne do zastosowań klinicznych.

Naukowcy z Chalmers wykazali wcześniej, że 99,99 procent bakterii skórnych jest zabijanych przez materiał, a skuteczność bakteriobójcza jest aktywna przez ponad dwa dni. Umożliwia to wykorzystanie materiału w wielu różnych produktach, takich jak materiały do pielęgnacji ran i powłoki na urządzeniach medycznych stosowanych w organizmie.

Naukowcy mają teorie na temat przyczyn efektu synergii z antybiotykami, ale mechanizmy molekularne pozostają do zbadania.

Źródło: International Journal of Pharmaceutics (Antibacterial efficacy of antimicrobial peptide-functionalized hydrogel particles combined with vancomycin and oxacillin antibiotics), fot. Saba Atefyekta Chalmers University of Technology