Гидрогель с антимикробными пептидами победил инфекцию

Saba Atefyekta et. al. / ACS Biomaterials Science & Engineering

Шведские химики создали гидрогель с антибактериальным эффектом, внедрив в него антимикробные пептиды. В работе, опубликованной в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering, ученые на крысах продемонстрировали эффективность гидрогеля против некоторых штаммов бактерий, включая золотистый стафилококк. Также антимикробный гидрогель ускорил свертывание крови.

Устойчивость бактерий к антибиотикам усложняет лечение раневых инфекций. Раны, колонизированные мультирезистентными бактериями, могут привести к сепсису и летальному исходу. На сегодняшний день пациентам с инфекцией в ране часто назначают антибиотики. Однако эффективное лечение требует идентификации микробов и тщательного выбора антибиотиков, а микробиологический анализ зачастую требует времени. Более того, бактерии в ране могут образовывать биопленку и существовать в ней, повышая свою устойчивость к лечению антибиотиками и иммунному ответу.

Существуют повязки с соединениями серебра, которые обладают бактерицидными свойствами. Однако ионы серебра токсичны для всех микроорганизмов, а не только для целевых бактерий, которые к тому же могут развивать устойчивость.

На сегодняшний день есть хорошая альтернатива ионам серебра — это антимикробные пептиды, которые взаимодействуют с бактериальной мембраной и разрушают клетки бактерий. Такой механизм воздействия менее подвержен развитию резистентности к нему у бактерий. Также пептиды не проявляют токсичности для клеток хозяина при местном применении и адекватной дозировке. Но несмотря на все достоинства антимикробных пептидов, в свободном состоянии они нестабильны в биологических жидкостях.

Ученые во главе с Сабой Атефьектом (Saba Atefyekta) из Технического университета Чалмерса в Швеции решили проблему низкой стабильности антимикробных пептидов путем их иммобилизации на гидрогеле, состоящем из воды и сшитого коммерческого триблок-сополимера Плюроник F127.

Химики провели реакцию между Плюроником F127 и хлорангидридом акриловой кислоты, чтобы присоединить к полимеру необходимые химические группы для последующей модификации пептидами. Гидрогель получился толщиной в два миллиметра. Его нарезали небольшими пластинками для дальнейших экспериментов.

Антимикробный пептид, который химики «пришили» к гидрогелю, состоит из аминокислот аргинина и пролина, которые обеспечивают положительные заряды для усиления электростатических взаимодействий с бактериями, а также из аминокислоты триптофана, которая улучшает взаимодействие пептида с фосфолипидными мембранами бактерий и увеличивает бактерицидную активность. Присоединение пептидов к гидрогелю химики осуществили с помощью реакции между карбоксильными группами на поверхности гидрогеля и аминогруппами пептидов. Такая же химическая связь присутствует и в самом пептиде между аминокислотами. Полученные гидрогель, помимо антибактериальных свойств, может эффективно абсорбировать жидкость, что делает его хорошей повязкой на рану.

На полученных антимикробных гидрогелях исследователи высевали бактерии Staphylococcus epidermidis (эпидермальный стафилококк), Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) и Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка). Для сравнения химики сделали посевы этих же бактериальных колоний на гидрогели, немодифицированные пептидами. Бактерии культивировали в течение 24 часов при 37 градусах по Цельсию, чтобы способствовать образованию биопленки. Визуализацию бактериальной пленки проводили с помощью флуоресцентной микроскопии. В результате, по сравнению с контрольными гидрогелями, количество эпидермального и золотистого стафилококка на гидрогелях с пептидами сократилось на 90 процентов, а синегнойной палочки —  на 70 процентов.

Затем химики проверили насколько пептиды, иммобилизованные на гидрогеле, стабильны в сыворотке крови человека. Выяснилось, что иммобилизованные пептиды, инкубированные в сыворотке крови, сохраняли антибактериальный эффект против золотистого стафилококка до двух дней. Более высокая доля мертвых бактерий также обнаруживалась в гидрогелях с пептидами по сравнению с контрольными образцами гидрогелей. Однако пептиды потеряли примерно 50 процентов антибактериальной активности в человеческой крови через 48 часов.

Также исследователи показали, что антимикробный гидрогель, используемый как повязка на рану, сможет ускорить свертывание крови. Используя свежую кровь, полученную от двух доноров, ученые определили количество тромбоцитов в крови до и после часа ее контакта с гидрогелем. Большой видимый сгусток наблюдался на гидрогеле с пептидами, в то время как он отсутствовал на контрольном образце.

В финальной стадии работы химики приступили к экспериментам на животных. Семи самкам крыс надели маски для непрерывной ингаляции наркоза (изофлуран). Крысам побрили спинки и сделали шесть разрезов для создания карманов, в которые поместили пластины с гидрогелем: три контрольных гидрогеля и три антимикробных. Затем ученые ввели 50 микролитров раствора с золотистым стафилококком в карманы, после чего зашили раны. Каждая крыса получала анальгетики. Животных умертвили спустя 72 часа с помощью большой дозы пентобарбитала. Спину крыс промыли хлоргексидином, сняли швы и извлекли гидрогелевые пластины. Оказалось, что на пластинах с антимикробным гидрогелем было примерно в 10 раз меньше бактерий, чем на контрольных пластинах.

Вопрос лечения резистентных бактериальных инфекций с каждым годом становится все острее. В нашем большом материале «Конец прекрасной эпохи» мы рассказывали про основные проблемы, с которыми сталкиваются врачи по всему миру, пытаясь лечить инфекции, вызванные устойчивыми к антибиотикам бактериями.

Виктория Барановская

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.