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
Контрабандисты оккупировали Восточную Африку: зачем черных муравьев тайно вывозят в Китай и Европу?
Эксперты предупреждают: такой вывоз в итоге закончится непоправимой экологической катастрофой...
В мире заканчивается речной песок: чем это грозит человечеству?
Ученые говорят, что это самая не замечаемая, а оттого опасная проблема, которая уже касается миллионов людей...
К 2060 году половина плотин в мире выйдет из строя: США — главные в черном списке
Эксперты говорят: если не принять меры, часть Соединенных Штатов может полностью опустеть...
В России снова захотели строить железную дорогу в Индию: почему не удались прошлые попытки?
Эксперты говорят: дерзкий проект мог бы принести российской казне миллиардные прибыли...
За рамками науки: дети, которые помнят свои прошлые жизни
Ученые говорят, что феномена реинкарнации нет, но факты утверждают обратное...
Кольца на деревьях раскрыли тайну гибели последней империи кочевников в Евразии
Поразительно, но падение Джунгарского ханства началось за тысячи километров от Азии, в Северной Атлантике...
Самый наглый археологический фейк в истории: итальянец 20 лет показывал туристам фальшивый амфитеатр Цезаря
Судебный процесс длилось почти десятилетие, но даже сейчас эта история очень далека от завершения...
Тайна огней Марфы, 150 лет не дававшая покоя ученым, похоже, разгадана
Болотный газ? Огни святого Эльма? НЛО? Ответ оказался намного проще и сложнее одновременно...
Немецкий ученый был главным в секретной ракетной программе: однажды он вышел из кабинета и исчез навсегда
Как операция «Дамоклов меч» пресекла главную военную операцию целого государства...
«Сувенир» от неандертальцев: секреты этих мутаций не разгаданы до конца
Они живут в ДНК 47 000 лет, но почему их совсем нет у африканцев, зато много у жителей Южной Азии...
Авокадо ежедневно меняет пол, и исследователи, наконец, выяснили, как именно
Почему селекционеры и ботаники ждали этого открытия более 100 лет?...
Этим книгам осталось жить считаные дни: кто охотится на очень редкие экземпляры, а затем уничтожает их?
Эксперты бьют тревогу: это, пожалуй, самый циничный поворот в истории книгопечатания...