Bojové nanostroje proti bakteriím

Skotský lékař Alexander Fleming v roce 1928 objevil první skutečné antibiotikum – penicilin – vyrobený určitým typem plísně. Poté byla nalezena další, často vyráběná půdními mikroby, která zachránila miliony životů. Ale mikroorganismy si časem vyvinuly obranné mechanismy, aby antibiotika přežily.
Světová zdravotnická organizace varovala, že nemoci odolné vůči lékům mohou do roku 2050 přímo způsobit 10 milionů úmrtí. Podle lékařského časopisu The Lancet bylo v roce 2019 téměř 5 mil. úmrtí na celém světě spojeno s rezistencí vůči antibiotikům, přičemž největší škody způsobuje šest druhů odolných bakterií.

Vzestup a pokles antibiotik
„Členové mé rodiny umírali na infekce. Moje kamarádka porazila rakovinu, ale pak zemřela na infekci. Podle doktora jsou již bakterie odolné vůči všemu a oni nemohli nic dělat,“ vzpomíná mikrobioložka Dr. Anna Santosová ze španělského Ústavu pro výzkum zdraví na Baleárských ostrovech (IdISBa). Byla v šoku, v době antibiotik by se taková neštěstí stávat neměla.
Začala si uvědomovat, že se vracíme v čase – antibiotika už nejsou účinná, lidé stále častěji umírají na infekce, které jsou vůči antibiotikům odolné. Musíme začít uvažovat mimo zažitá schémata.
Dr. Santosová studovala, jak bakterie žijí a umírají a poté se rozhodla změnit své výzkumné zaměření. „Narazila jsem na koncept molekulárních strojů, které se dokáží zavrtat do buněk." Vyhledala výzkumníky v této oblasti, aby jí pomohli otestovat malé molekulární stroje. Vedla výzkumný projekt REBELLION, který probíhal 39 měsíců do dubna loňského roku a získal finanční prostředky EU na vývoj mikroskopických strojů schopných zabíjet odolné bakterie.

Bakteriální vrtáky
Antibiotika se často zachytí na specifickém bakteriálním proteinu, podobně jako klíč zapadá do zámku. Potíž je v tom, že bakterie mohou projít fyzickou změnou, takže klíč již nepasuje, antibiotika zůstanou venku a minou se účinkem.
Myšlenka nanostrojů spočívá v tom, že pro bakterie by bylo těžší se jim vyhnout. Stroje se skládají ze dvou částí molekul spojených chemickou vazbou. Při dopadu světla se horní část začne rychle otáčet jako vrtačka. Jejich dvě části jsou menší než 100 nanometrů, tedy tisícinu šířky lidského vlasu – což z nich ve skutečnosti činí trpaslíky proti větším bakteriím.
Dr. Santosová uvolnila v laboratoři ve shlucích bakterií mnoho milionů nanostrojů, které se navázaly na bakterie a jakmile byly vystaveny světlu, začaly se točit a vrtat do nich. Další experimenty ukázaly, že tyto mikrovrtáky mohou zabít řadu kmenů, které běžně infikují lidi.
Pak zkusila nasadit méně nanostrojů proti meticilinu odolnému Staphylococcus aureus neboli MRSA, známé superbakterii, která je zvláště smrtelná. Nižší koncentrace strojů by snížila riziko poškození lidských buněk. Nanostroje propíchly MRSA dostatečným množstvím děr, takže byl opět zranitelný vůči antibiotikům, přičemž pro bakterie je velmi těžké vyvinout rezistenci proti této akci.

K nasazení této nové zbraně proti odolným bakteriím budou ovšem muset vědci zajistit, aby bylo použití nanostrojů u pacientů bezpečné, což znamená mít jistotu, že se zaměří spíše na bakterie než na lidské buňky.
Jedním z prvních důvodů k optimismu je, že nanostroje jsou kladně nabité, takže se raději připojují k negativně nabitým bakteriím, než k lidským buňkám, které jsou neutrálnější.
V experimentech nezpůsobily nanostroje žádné poškození červům, když do nich byly injektovány, a připravují se bezpečnostní testy na myších. Pokud budou úspěšné, mohou být prvními léčenými pacienty zejména lidé s těžkými popáleninami, které jsou náchylné k infekci. Nanostroje by mohly být umístěny na jejich kůži a zapnuty světlem, aby se zavrtaly do bakterií, jež infikují ránu.

Nanostroje v centru pozornosti
Nanostroje se sice ještě nedostaly do nemocnic, ale mají potenciál léčit pacienty s rakovinou způsoby, které vzrušují vědce i lékaře, protože současné léky proti rakovině mají často nepříjemné vedlejší účinky, jako je ztráta vlasů, nevolnost, únava nebo oslabení imunitního systému. Je to proto, že léky, které se možná zavrtávají do jakéhokoli nádoru, mohou zmrzačit i zdravé okolní buňky. Budoucí scénář by proto mohl zahrnovat nanostroje s léky přesně zabíjející buňky pacientovy rakoviny.

Již čtyři roky běží až do června 2024 výzkumný projekt financovaný EU s názvem BIOMOLMACS, který je zaměřený na školení specialistů v oblasti molekulárních strojů. Supervizorkou v projektu je např. prof. Maria Vicent z Valencia Biomedical Research Foundation ve Španělsku, která navrhuje malé nosiče pro dodávání léků do buněk rakoviny prsu, nebo prof. Jan van Hest z nizozemské Eindhoven University of Technology, který zase vyvíjí materiály, jež lze použít k transportu vakcín nebo nanomedicín do buněk, včetně těch rakovinných.
Profesor Remzi Becer z britské University of Warwick vytváří polymerní nanočástice, které dodají budoucí genové terapie na přesná místa uvnitř pacientů. Částice jsou často obalované cukry, protože jsou schopny fungovat jako klíč k otevření buněk v těle. Tyto syntetické cukry mohou podle něj interagovat s buněčnými membránami a dát částici „klíč k otevření dveří“ a získání genu uvnitř buňky. Jeho kolega Robin Shattock z Imperial College London zase pracuje na lipidových nanočásticích, což jsou malé tukové kuličky, které se mohou bezpečně dostat do buněk. Byly např. průlomem potřebným pro vakcíny proti Covid-19.

Anthony King
Foto: ExplainingTheFuture, Biomolmacs

V roce 2016 získal prof. Ben Feringa z univerzity v Nizozemském Groningenu Nobelovu cenu za nanostroje s molekulárními motory, které bylo možné zapnout ultrafialovým světlem. Molekuly při dopadu světla mění tvar a v důsledku toho mohou být použity jako spínače nebo spouštěče.

Publikováno: 26. 4. 2024 | Počet zobrazení: 46 9