Как убить хламидии изнутри: новый способ борьбы с внутриклеточными паразитами
Хламидии — бактерии, которые живут внутри клеток человека и вызывают разные заболевания, от половых инфекций до пневмонии. Они умеют прятаться от антибиотиков и иммунной системы, меняя свою форму и активность. Но ученые из России и Франции нашли способ доставить лекарство прямо к хламидиям, используя наночастицы из металл-органических соединений. Эти наночастицы могут проникать в клетку-хозяина и попадать во внутриклеточные пузырьки, где находятся хламидии. Там они высвобождают фотосенсибилизатор — вещество, которое под светом начинает вырабатывать кислород, разрушающий бактерии. Такой подход называется фотодинамической терапией и имеет преимущество перед антибиотиками, так как не зависит от того, насколько активны бактерии. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Infectious Diseases.
Внутриклеточные бактерии — серьезная проблема для медицины. Они могут заражать разные типы клеток и вызывать тяжелые заболевания, такие как туберкулез, листериоз и хламидиоз. Хламидии — одни из самых распространенных внутриклеточных патогенов, которые поражают половые органы, глаза, дыхательные пути и суставы. Они могут существовать в двух формах: инфекционной, имеющей толстую клеточную стенку и способной заражать другие клетки, и ретикулярной, которая активно делится внутри клетки-хозяина. Когда хламидии попадают в клетку, они образуют внутриклеточный пузырек — хламидийное включение, которое защищает их от иммунной системы и антибиотиков. При этом хламидии могут переходить из одной формы в другую в зависимости от условий среды. Например, при лечении антибиотиками они могут становиться латентными — неактивными и нечувствительными к лекарствам.
Чтобы бороться с такими упрямыми бактериями, ученые решили использовать наночастицы — крошечные частицы размером в несколько нанометров (миллиардная часть метра), которые могут переносить разные вещества. В данном случае ученые использовали наночастицы из металл-органических каркасных соединений (МОКС) — пористые материалы, состоящие из ионов металлов (в данном случае железа), связанных органическими молекулами (в данном случае тримезиновой кислотой). Эти наночастицы имеют ряд преимуществ: они биоразлагаемы, биосовместимы, химически стабильны в воде и малотоксичны. Внутри пористой структуры наночастиц ученые поместили фотосенсибилизатор — метиленовый синий, который под действием видимого света способен генерировать активные формы кислорода, такие как синглетный кислород и свободные радикалы. Эти формы кислорода повреждают бактериальные структуры, такие как клеточная стенка, мембрана, ДНК и белки, и вызывают гибель бактерии. Этот процесс называется фотодинамической инактивацией.
Ученые провели эксперименты на зараженных хламидиями макрофагах — клетки иммунной системы, которые поглощают и уничтожают чужеродные агенты. Они показали, что наночастицы не только способны проникать внутрь макрофагов, но и накапливаются в хламидийных включениях, достигая бактерий. При облучении светом наночастицы высвобождают фотосенсибилизатор, который генерирует активные формы кислорода и убивает хламидии. Ученые отмечают, что такой подход имеет высокую эффективность и специфичность, так как фотосенсибилизатор действует только в том месте, где находятся бактерии, и не повреждает окружающие ткани.
— Михаил Дурыманов, заместитель заведующего лабораторией специальных клеточных технологий МФТИ и автор идеи проекта.
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.
— 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).
Внутриклеточные бактерии — серьезная проблема для медицины. Они могут заражать разные типы клеток и вызывать тяжелые заболевания, такие как туберкулез, листериоз и хламидиоз. Хламидии — одни из самых распространенных внутриклеточных патогенов, которые поражают половые органы, глаза, дыхательные пути и суставы. Они могут существовать в двух формах: инфекционной, имеющей толстую клеточную стенку и способной заражать другие клетки, и ретикулярной, которая активно делится внутри клетки-хозяина. Когда хламидии попадают в клетку, они образуют внутриклеточный пузырек — хламидийное включение, которое защищает их от иммунной системы и антибиотиков. При этом хламидии могут переходить из одной формы в другую в зависимости от условий среды. Например, при лечении антибиотиками они могут становиться латентными — неактивными и нечувствительными к лекарствам.
Чтобы бороться с такими упрямыми бактериями, ученые решили использовать наночастицы — крошечные частицы размером в несколько нанометров (миллиардная часть метра), которые могут переносить разные вещества. В данном случае ученые использовали наночастицы из металл-органических каркасных соединений (МОКС) — пористые материалы, состоящие из ионов металлов (в данном случае железа), связанных органическими молекулами (в данном случае тримезиновой кислотой). Эти наночастицы имеют ряд преимуществ: они биоразлагаемы, биосовместимы, химически стабильны в воде и малотоксичны. Внутри пористой структуры наночастиц ученые поместили фотосенсибилизатор — метиленовый синий, который под действием видимого света способен генерировать активные формы кислорода, такие как синглетный кислород и свободные радикалы. Эти формы кислорода повреждают бактериальные структуры, такие как клеточная стенка, мембрана, ДНК и белки, и вызывают гибель бактерии. Этот процесс называется фотодинамической инактивацией.
Ученые провели эксперименты на зараженных хламидиями макрофагах — клетки иммунной системы, которые поглощают и уничтожают чужеродные агенты. Они показали, что наночастицы не только способны проникать внутрь макрофагов, но и накапливаются в хламидийных включениях, достигая бактерий. При облучении светом наночастицы высвобождают фотосенсибилизатор, который генерирует активные формы кислорода и убивает хламидии. Ученые отмечают, что такой подход имеет высокую эффективность и специфичность, так как фотосенсибилизатор действует только в том месте, где находятся бактерии, и не повреждает окружающие ткани.
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
— Михаил Дурыманов, заместитель заведующего лабораторией специальных клеточных технологий МФТИ и автор идеи проекта.
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
— 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).
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Раскрыта главная тайна антарктического льда: ученые узнали, как и кем была взломана природная защита Шестого континента
Похоже, той Антарктиде, которую мы знаем, приходит конец. Впрочем, это не точно...
Древнеримский артефакт переписывает историю Америки: Колумб был не первым?
Почему находка из индейской могилы почти 100 лет вызывает ожесточенные споры среди археологов и историков?...
Еще раз об убийстве Андрея Боголюбского: что рассказали кости погибшего князя?
Профессор судебной медицины поправил историков и выявил неточности древних летописей...
Тайна гибели сибирского «Титаника»: почему некоторые детали катастрофы 1921 года неизвестны даже сейчас?
Поразительно, но тогда судьи единогласно оправдали капитана парохода. Так кто же тогда был виновником этого страшного происшествия?...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены. Часть 2. Расплата
Как наука отменила срок давности у преступления? И какая тайна осталась не раскрытой?...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены
Как новейшие технологии помогли сдвинуть с места нераскрываемое дело...
Главный секрет человеческого дыхания: ученые рассказали, почему мы дышим «вахтовым методом»
Эксперты предупреждают: из-за особенности организма многие люди не смогут попасть в космос. Но решение все-таки есть...
Жители Анд переписали свою ДНК: почему горные индейцы пьют ядовитую воду, но чувствуют себя при этом хорошо?
По словам ученых, эволюция сделала красивый и хитрый ход. И это не иммунитет к токсинам, а нечто другое, более интересное...
43 000 черепков открыли тысячелетние тайны Древнего Египта
Почему глиняная библиотека Атрибиса потрясла весь археологический мир?...
Ядерный взрыв на Луне: для чего советские ученые хотели провести такой грандиозный эксперимент?
Зачем России атомный реактор на Луне и как он поможет нам добраться до Венеры?...
Почему эти меры не спасут Антарктиду: пять проектов по спасению ледников оказались провалом
Эксперт жестко проанализировал самые популярные программы по сохранению льда на Шестом континенте. Увы, они оказались невыполнимой фантастикой, причем опасно...