Znajdź zawartość

Enkapsulacja antybiotyków w nanowłóknach z poli(tlenku etylenu) i poli(alkoholu winylowego) sprawia, że doskonale radzą sobie z lekoopornymi bakteriami. Po tym sprytnym zabiegu po patogenach nie zostaje nawet ślad. Dr Mohamed H. El-Newehy z Uniwersytetu Króla Sauda w Rijadzie, szef zespołu naukowców, podkreśla, że lekooporność to poważny i narastający problem medyczny i społeczny. "Stąd pilna potrzeba opracowania nowych antybiotyków, który przezwyciężyłyby lekooporność, działając na inne sposoby. My nie proponujemy nowego antybiotyku, ale nową metodę dostarczania już istniejących". Naukowiec sądzi, że skróci to drogę wynalazku do pacjenta. Odkrycie i stworzenie nowego leku zajmuje przeważnie 10-12 lat i kosztuje od 800 mln do 2 mld dolarów, tutaj wydatki będą niższe, a czas wdrożenia znacznie zredukowany. Antybiotyki w nanowłóknach można stosować przeciwko całemu spektrum bakterii, a także wykorzystywać w zapobieganiu skażeniu żywności grzybami czy bakteriami, hamowaniu wzrostu mikroorganizmów w wodzie pitnej czy zwiększaniu skuteczności chemioterapii. Wiązki nanowłókien są bardzo małe. Akademicy wyjaśniają, że przy nich nić pajęcza wydaje się olbrzymia. Nie da się ich nawet dostrzec pod mikroskopem optycznym. Ekipa El-Newehy'ego zdawała sobie sprawę z wyjątkowych właściwości nanowłókien, związanych z wysokim stosunkiem powierzchni do wagi. Nic więc dziwnego, że już wcześniej zaczęto badać ich zastosowanie w opatrunkach, materiałach do kontrolowania stanu zapalnego po operacji i nowych sposobach dostarczania leków. Arabowie analizowali wpływ wielu zawiniętych bezpośrednio w nanowłókna antybiotyków na kultury różnych bakterii. Okazało się, że ich skuteczność jest bardzo wysoka. Przypominające swego rodzaju mumie leki radziły sobie m.in. z E. coli oraz pałeczką ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa). Naukowcy przypominają, że lekooporność obu rośnie. Po potraktowaniu antybiotykami poddanymi enkapsulacji mikroby były poważnie uszkodzone; wiele komórek uległo powiększeniu, wydłużeniu lub pofragmentowaniu [...]. Nanowłókna same w sobie nie wpływają na bakterie. Wydają się działać, zwiększając moc antybiotyków. Owijanie czynników antybakteryjnych włóknami sprawia, że ich działanie staje się bardziej skoncentrowane na danym miejscu, poza tym utrzymuje się dłużej niż przy konwencjonalnych metodach dostarczania. Zespół przedstawił wyniki swoich badań na 241. konferencji Amerykańskiego Stowarzyszenia Chemicznego.

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.

Kask rowerowy to element stroju, którego zdecydowanie nie można pominąć. Trzeba jednak pamiętać, że spełnia on swoją ochronną funkcję tylko wtedy, gdy jest nieuszkodzony. By niepotrzebnie nie wymieniać zepsutych kasków lub, co gorsza, nie jeździć w zniszczonych, specjaliści z Instytutu Fraunhofera opracowali kask wydzielający po pęknięciu śmierdzące olejki. W badaniach nad nową technologią uczestniczyli przedstawiciele dwóch jednostek: Mechaniki Materiałów IWM we Fryburgu Bryzgowijskim oraz Technologii Środowiskowej, Bezpieczeństwa i Energii UMSICHT w Oberhausen. Polimer ich autorstwa zaczyna śmierdzieć po powstaniu niewielkich nawet szczelin. Jest to możliwe dzięki olejkom zamkniętym w mikrokapsułkach. Cykliści często niepotrzebnie wymieniają kaski po upuszczeniu ich na ziemię, ponieważ nie są w stanie stwierdzić, czy uległy uszkodzeniu, czy nie. Kapsułki eliminują ten problem. Jeśli utworzy się szczelina, wydzielą się wonne substancje – wyjaśnia dr inż. Christof Koplin z IWM. Kapsułki są dodawane do masy polipropylenu przed wprowadzeniem do formy. Umieszcza się je w przymocowywanej do hełmu grubej folii – również polipropylenowej. Warstwa żywicy melaminowo-formaldehydowej zamyka kapsułki, tak że są mechanicznie zapieczętowane i chroni je przed wysokimi temperaturami (200-300 stopni Celsjusza) oraz ciśnieniem statycznym (do 100 barów) podczas wtryskiwania. Podczas testów porównawczych różnych materiałów okazało się, że w enkapsulacji najlepiej sprawdza się żywica melaminowo-formaldehydowa. Wewnątrz kapsuły znajduje się porowate, wysoce odkształcalne jądro z ditlenku krzemu, które absorbuje olejki – opowiada dr Koplin. Przeprowadzono specjalne testy obejmujące ciągnięcie i zginanie, aby określić obciążenia, przy jakich mierzące od 1 do 50 mikrometrów kapsułki pękną. Próbę uznawano za udaną tylko wtedy, gdy kapsułki otwierały się tuż przed rozpadem badanego elementu. Niemcy podkreślają, że nową technologię można będzie wykorzystać nie tylko przy kaskach rowerowych, ale i motocyklowych czy widywanych na budowach, a także w wężach ciśnieniowych w pralkach oraz plastikowych rurach wodociągowych lub gazowych.

W jaki sposób uchronić przeszczepione komórki prekursorowe trzustki przed zniszczeniem przez układ odpornościowy? Można je umieścić w kapsułach z teflonu (politetrafluoroetylenu, PTFE), który lepiej znamy jako polimer wykorzystywany w pokryciach np. patelni. Wygląda na to, że jest to nowy, ale skuteczny sposób leczenia cukrzycy typu 1. Na ten oryginalny pomysł wpadli badacze z Burnham Institute for Medical Research oraz Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Podczas eksperymentów wykazano, że poddane enkapsulacji komórki prekursorowe dojrzewały, przekształcając się w funkcjonujące komórki beta wysp trzustki. Zespół udowodnił również, że w porównaniu do zabiegu polegającego na wszczepieniu dojrzałych komórek beta, posłużenie się komórkami prekursorowymi zwiększało szanse na powodzenie zabiegu. Rezultaty przewyższyły nasze oczekiwania. Myśleliśmy, że chociaż limfocyty T nie mogą przeniknąć przez powłokę z teflonu, będą się wokół niej gromadzić. Tymczasem nie odkryliśmy żadnych śladów reakcji immunologicznej, co sugeruje, że komórki prekursorowe w osłonce są niewidoczne dla układu odpornościowego – opowiada dr Pamela Itkin-Ansari. Podczas testów akademicy przeszczepili myszom zabezpieczone PTFE komórki wyspy innych gryzoni. W drugim wariancie myszom z niedoborem odporności implantowano pokryte teflonem a) dojrzałe komórki beta lub b) komórki prekursorowe. W ten sposób naukowcy chcieli zbadać żywotność i działanie jednych i drugich. Okazało się, że wykorzystanie nie w pełni zróżnicowanych komórek unipotentnych gwarantowało uzyskanie całkowicie sprawnych komórek beta. Odkrycie zespołu pozwala wyeliminować konieczność zażywania po przeszczepie leków immunosupresyjnych, a to ulga dla wielu chorych.

Naukowcy z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa postanowili zrozumieć, co dzieje się z wszczepianymi chorym na cukrzycę typu 1. komórkami beta wysepek Langerhansa. Nie wiadomo bowiem, dlaczego u części pacjentów przeszczepy przyjmują się, a u innych są odrzucane. W tym celu przeszczepiane komórki poddano enkapsulacji w powłoce zawierającej zarówno alginat (wyciąg z glonów), jak i żelazo, by można było magnetycznie śledzić losy wprowadzanego do organizmu biorcy materiału (Nature Medicine). To bardzo ekscytujące, ponieważ będzie można obserwować, co dzieje się z tymi komórkami – cieszy się dr Aravind Arepally, profesor nadzwyczajny radiologii i chirurgii. Porowate kapsułki mają na tyle duże otwory, by mogła się z nich wydostawać insulina, ale jednocześnie na tyle małe, żeby nie przepchnęły się przez nie komórki układu immunologicznego. W pierwszym eksperymencie mikroskopijne kapsułki wszczepiono chorym na cukrzycę myszom. Poziom cukru we krwi wrócił do normy w ciągu tygodnia. Ponad połowa gryzoni, które nie przeszły zabiegu, zmarła. W drugim eksperymencie wzięły udział świnie. Kapsułki wszczepiono im do wątroby, nie do trzustki, ponieważ w pierwszym z wymienionych narządów jest więcej naczyń krwionośnych, które mogą rozprowadzać uwalniającą się insulinę po organizmie. Kapsułki wprowadzano za pośrednictwem rurki przypominającej igłę. Wsuwano ją przez tętnicę udową, a następnie przesuwano się w górę do wątroby. Po 3 tygodniach nadal znajdowały się one na swoim miejscu i wydzielały użyteczne ilości insuliny. Jeff Bulte, jeden ze współautorów badania, podkreśla, że pomysł jego zespołu pozwoliłby ludziom po przeszczepie uniezależnić się od leków zapobiegających jego odrzuceniu. Teraz rozpoczynają się długoterminowe testy kliniczne ze świniami. Naukowcy z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa współpracują z prywatną firmą. Razem mają się starać o odpowiednie pozwolenie z Urzędu ds. Żywności i Leków (FDA, Food and Drug Administration). Cukrzyca typu 1. rozpoczyna się zazwyczaj w dzieciństwie. Jest skutkiem zniszczenia komórek wytwarzających hormon kontrolujący poziom cukru we krwi (insulinę) przez własny układ odpornościowy chorego.