Ученые из Университета Брауна разработали новый материал, который может высвобождать лекарственные вещества только при наличии болезнетворных бактерий. При использовании в качестве повязки гидрогель будет доставлять лекарства по требованию, когда инфекция начнет распространяться.

Исследователи разработали новый гидрогель, который выделяет антибиотики в ответ на появление болезнетворных бактерий. Depositphotos

Чрезмерное использование антибиотиков является одной из основных причин устойчивости бактерий к лекарствам. Доставка нужного количества в нужное время может помочь замедлить этот процесс, однако решить такую задачу бывает непросто. Поэтому для нового исследования ученые из Брауна разработали "умный" материал, который высвобождает лекарство только тогда, когда обнаруживает болезнетворные микроорганизмы.

Гидрогель представляет собой полимерную сеть с поперечными связями, внутри которой, как в капсулах, могут находиться различные наночастицы, включая антибиотики. Материал был разработан таким образом, чтобы такие полимеры разрушались при взаимодействии с бета-лактамазами - ферментами вырабатываемыми большинством болезнетворных бактерий. Это, в свою очередь, высвобождает наночастицы.

"Интересно то, что бета-лактамазы (β-лактамазы) являются одной из основных причин устойчивости к антибиотикам, поскольку они разрушают бета-лактамные препараты, которые чаще всего назначаются врачами", - говорит Анита Шукла, ведущий научный сотрудник исследования. "Но нам удалось задействовать этот защитный механизм бактерий против самих бактерий".

Команда испытала свою технологию в лабораторной посуде и на образцах свиной кожи, используя флуоресцентные наночастицы, которые отслеживались по мере их высвобождения.

И действительно, гидрогели высвободили полезную нагрузку в результате воздействия бактерий, вырабатывающих бета-лактамазы, при этом другие бактериальные ферменты не смогли, разрушить структуру. Это показывает, что по сравнению с другими технологиями, данная методика действует селективно и может, "настроена" на определенные виды бактерий.

"Мы разработали умную систему доставки лекарств, активируемую при наличии бактерий", - рассказывает Шукла. "Наша гипотеза заключается в том, что подобные методики, уменьшающие количество лекарства, необходимого для эффективного лечения, могут также уменьшить побочные эффекты и возможность развития резистентности".

Подобные гидрогели с контролируемым высвобождением были протестированы в качестве инструмента борьбы с раком, выпуская лекарственные препараты в ответ на повышение кислотности и температуры микросреды опухоли. По словам команды, новый гидрогель можно также использовать в качестве перевязочного материала, который "немедленно и эффективно высвобождает антибиотики в момент развития инфекции". 

Исследование было опубликовано в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.

Источники: Brown University, Journal ACS Applied Materials and Interfaces. Википедиа
(https://www.brown.edu/news/2022-06-08/hydrogel)
(https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c02614)
(https://ru.wikipedia.org/wiki/Бета-лактамазы)