Znajdź zawartość

Naukowcy z Georgia Tech i Emory University opracowali nową rodzinę kontrastów do obrazowania, które wnikają do komórek bakteryjnych, podszywając się pod glukozę. Czynniki te, nazywane bazującymi na maltodekstrynie sondami do obrazowania (ang. maltodextrin-based imaging probes), pozwalają odróżnić infekcje bakteryjne od innych chorób zapalnych. Te kontrasty zaspokajają zapotrzebowanie na sondy zapewniające dokładny obraz niewielkiej liczby bakterii w warunkach in vivo, a także na produkty pozwalające odróżnić infekcje od innych patologii, np. nowotworu – podkreśla prof. Niren Murthy. Wyniki studium sfinansowanego m.in. przez Narodowe Instytuty Zdrowia ukazały się w piśmie Nature Materials. Większość istniejących sond do obrazowania dociera do bakteryjnej ściany komórkowej i nie może wniknąć do środka, jednak kontrasty oparte na maltodekstrynie są traktowane przez mikroorganizmy jak pokarm, dzięki czemu mogą osiągać wysokie stężenia wewnątrz bakterii. Kontrasty nowego typu uzyskuje się, łącząc barwnik z maltoheksaozą, która stanowi główne źródło glukozy dla bakterii. Czynnik kontrastowy trafia do bakterii za pośrednictwem transportera maltodekstryny (występuje on w komórkach bakteryjnych, lecz nie ssaczych). Zgodnie z naszą wiedzą, to pierwszy pokaz metody dostarczania milimolowych stężeń substancji obrazujących do bakterii. Podczas eksperymentów prowadzonych na szczurach naukowcy odkryli, że kontrast gromadził się w zakażonych bakteriami tkankach i był skutecznie usuwany z tkanek zdrowych. Pomiędzy zainfekowanymi i niezainfekowanymi tkankami zaobserwowano 42-krotną różnicę w intensywności fluorescencji. Co ważne, kontrast nie gromadził się w bakteriach tworzących prawidłową mikroflorę jelit. Nowy kontrast mógł wykryć milion żywych komórek bakteryjnych, podczas gdy obecnie wykorzystywane czynniki wymagają występowania przynajmniej 100 mln bakterii. W innym eksperymencie Murthy i inni stwierdzili, że sonda z dużą specyficznością odróżnia zakażenia bakteryjne od stanów zapalnych o innym podłożu. Okazało się bowiem, że tkanki zainfekowane E. coli świeciły 17-krotnie silniej od tkanek objętych stanem zapalnym, które nie zawierały bakterii. Amerykanie udowodnili również, że zarówno bakterie Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne pobierają kontrast oparty na maltodekstrynie o 3 rzędy wielkości szybciej od komórek ssaczych.

Jak doprowadzić krótkie nici RNA do określonych komórek? Naukowcy z Georgia Institute of Technology i Emory University opisali właśnie metodę enkapsulacji fragmentów kwasu rybonukleinowego w nanocząstkach tioketonowych. Dzięki temu można było doustnie dostarczyć materiał genetyczny do odpowiednich rejonów przewodu pokarmowego zwierząt z nieswoistymi zapaleniami jelit. Nanocząstki tioketonowe, które zaprojektowaliśmy, są stabilne zarówno w kwasach, jak i zasadach, a ulegają rozkładowi wyłącznie w obecności reaktywnych form tlenu [ang. reactive oxygen species, ROS]. Te ostatnie występują w obrębie objętej stanem zapalnym tkanki układu pokarmowego – tłumaczy prof. Niren Murthy. Nanocząstki tioketonowe osłaniają cząsteczki krótkiego interferującego RNA (ang. short interfering RNA - siRNA) przed trudnymi warunkami panującymi w jelicie i kierują je bezpośrednio w miejsca rozwoju stanu zapalnego. Jak wyjaśniają Amerykanie, takie zlokalizowane podejście jest konieczne, ponieważ wstrzyknięte układowo siRNA mogą powodować poważne skutki uboczne. Jak napisano w artykule zamieszczonym w internetowym wydaniu pisma Nature Materials, nanocząstki uzyskuje się z nowego polimeru PPADT; jego nazwa chemiczna to poli-(1,4-fenylenoaceton dimetyleno tioketon). Dzięki wysiłkom inżynieryjnym mają one średnicę ok. 600 nm. W czasie eksperymentów zespół posłużył się mysim modelem wrzodziejącego zapalenia jelita grubego (łac. colitis ulcerosa). Jest to przewlekły proces zapalny błony śluzowej odbytu lub jelita grubego o nieustalonej etiologii. Do jego głównych objawów należą długotrwałe biegunki i/lub zaparcia oraz bóle brzucha, które niekiedy prowadzą do zagrażających życiu powikłań. W ramach studium akademicy podawali myszom doustnie nanocząstki z siRNA hamującym cytokinę zwaną czynnikiem martwicy nowotworu alfa (TNF-α). Próbki tkanek z okrężnicy leczonej siRNA wykazały obecność nienaruszonego nabłonka jelita i dobrze wyodrębnionych wypukleń oraz fałd półksiężycowatych. Co ważne, zmniejszył się też stan zapalny. Ponieważ wrzodziejące zapalenie jelita grubego ogranicza się do okrężnicy, wyniki potwierdzają, że wypełnione siRNA nanocząstki tioketonowe pozostają stabilne w wolnych od stanu zapalnego okolicach przewodu pokarmowego, obierając na cel zmienione chorobowo tkanki – przekonuje główny autor studium Scott Wilson. Nanocząstki tioketonowe mają odpowiednie właściwości chemiczne i fizyczne, by poradzić sobie z przeszkodami w postaci płynów jelitowych, tutejszej błony śluzowej czy błon komórkowych. Obecnie badacze pracują nad zwiększeniem wskaźnika degradacji nanocząstek oraz ich reaktywności z ROS. W planach jest także analiza biodystrybucji nanocząstek podczas ich podróży przez organizm. Będziemy nadal sprawdzać toksyczność polimeru, ale podczas studium odkryliśmy, że nanocząstki tioketonowe z siRNA mają profil cytotoksyczności podobny do nanocząstek z zaaprobowanego przez Agencję ds. Żywności i Leków kopolimeru kwasu DL-polimlekowego i kwasu glikolowego (PLGA) – dodaje Murthy.