Επιστήμονες δημιούργησαν επίδεσμο που καταστρέφει επικίνδυνα βακτήρια

Θα μπορούσε ένας επίδεσμος να απελευθερώνει αντιβιοτικό μόνο όταν εντοπίζει λοίμωξη; Ερευνητές στις ΗΠΑ παρουσιάζουν μια νέα τεχνολογία που φαίνεται να φέρνει αυτή την ιδέα πιο κοντά στην πραγματικότητα. Πρόκειται για ένα «έξυπνο» τζελ που ενεργοποιείται από ένζυμα τα οποία παράγουν ορισμένα παθογόνα βακτήρια και αποδεσμεύει το αντιβιοτικό μόνο όταν ανιχνεύει την παρουσία τους.

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances, επιχειρεί να αντιμετωπίσει ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της σύγχρονης ιατρικής: την αυξανόμενη αντοχή των βακτηρίων στα αντιβιοτικά. Οι λοιμώξεις τραυμάτων γίνονται ολοένα πιο δύσκολες στη θεραπεία, ενώ οι ειδικοί προειδοποιούν ότι η αλόγιστη χρήση αντιβιοτικών επιταχύνει την εμφάνιση ανθεκτικών μικροβίων.

Οι ερευνητές εστίασαν σε μια ομάδα βακτηρίων που παράγουν ένζυμα γνωστά ως β-λακταμάσες. Τα ένζυμα αυτά αποτελούν έναν από τους βασικούς μηχανισμούς με τους οποίους τα βακτήρια εξουδετερώνουν πολλά κοινά αντιβιοτικά. Παθογόνα όπως το Pseudomonas aeruginosa, η Klebsiella pneumoniae και ορισμένα στελέχη σταφυλόκοκκου χρησιμοποιούν συχνά αυτόν τον μηχανισμό για να επιβιώνουν απέναντι στις θεραπείες.

Πώς τα βακτηριακά ένζυμα λειτουργούν ως διακόπτης απελευθέρωσης του φαρμάκου 

Η ομάδα σχεδίασε ένα υδροτζέλ που περιέχει έναν ειδικό χημικό «σύνδεσμο» ευαίσθητο στις β-λακταμάσες. Όταν το υλικό έρθει σε επαφή με τα συγκεκριμένα ένζυμα, αρχίζει να διασπάται. Η διάσπαση αυτή λειτουργεί ως διακόπτης που απελευθερώνει το αντιβιοτικό ακριβώς στο σημείο της λοίμωξης. Για να αποφύγουν την ανεξέλεγκτη διαρροή του φαρμάκου, οι επιστήμονες δεν ενσωμάτωσαν το αντιβιοτικό απευθείας στο υδροτζέλ. Αντίθετα, χρησιμοποίησαν λιποσώματα (κάτι σαν τεχνητά κύτταρα με λιπιδική μεμβράνη), μέσα στα οποία εγκλώβισαν τη σιπροφλοξασίνη, ένα ευρέος φάσματος αντιβιοτικό. Τα λιποσώματα παρέμεναν παγιδευμένα στο υδροτζέλ μέχρι να ενεργοποιηθεί ο μηχανισμός διάσπασης από τα βακτηριακά ένζυμα.

Πώς διεξήχθη η μελέτη – Πλήρης εξάλειψη της λοίμωξης μόνο με μία εφαρμογή

Αρχικά πραγματοποιήθηκαν εργαστηριακές δοκιμές. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το τζελ αποδομούνταν γρήγορα όταν εκτιθόταν σε β-λακταμάσες, ενώ παρέμενε σταθερό παρουσία άλλων ενζύμων ή μορίων που συναντώνται συνήθως σε τραύματα κατά την επούλωση. Αυτό ήταν ένα σημαντικό εύρημα, καθώς υποδηλώνει ότι το σύστημα ανταποκρίνεται ειδικά σε βακτηριακά σήματα και όχι γενικά στη φλεγμονή ή στην αναγέννηση των ιστών. Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι το υλικό ενεργοποιούνταν μόνο όταν ερχόταν σε επαφή με βακτήρια που παράγουν β-λακταμάσες. Αντίθετα, όταν εκτέθηκε σε βακτήρια που δεν παράγουν αυτά τα ένζυμα, παρέμεινε ουσιαστικά αμετάβλητο. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται η άσκοπη έκθεση των μικροβίων και των ιστών σε αντιβιοτικά.

Στη συνέχεια η ομάδα προχώρησε σε πειράματα σε ποντίκια με επιφανειακά τραύματα που είχαν μολυνθεί με Pseudomonas aeruginosa. Οι επιστήμονες παρακολούθησαν την εξέλιξη της λοίμωξης χρησιμοποιώντας βιοφωταυγή βακτήρια, τα οποία μπορούν να ανιχνευθούν μέσω ειδικής τεχνική. Και σε αυτή την περίπτωση, τα αποτελέσματα ήταν ιδιαίτερα εντυπωσιακά. Μία μόνο εφαρμογή του υδροτζέλ οδήγησε σε πλήρη εξάλειψη των βακτηρίων μέσα σε λίγες ημέρες. Η βακτηριακή δραστηριότητα μειώθηκε δραστικά ήδη από το πρώτο 24ωρο και μέχρι τη δεύτερη ημέρα είχε σχεδόν εξαφανιστεί. Όταν οι ερευνητές εξέτασαν τους ιστούς στο τέλος του πειράματος, δεν εντόπισαν ζωντανά βακτήρια.

Επίσης, για να προσεγγίσουν καλύτερα πραγματικές συνθήκες, οι επιστήμονες δοκίμασαν το υδροτζέλ και σε δείγματα δέρματος χοίρων με εγκαύματα. Και σε αυτή την περίπτωση παρατηρήθηκε έντονη αντιβακτηριακή δράση έναντι του Pseudomonas aeruginosa. Οι μικροσκοπικές αναλύσεις αποκάλυψαν ότι τα βακτήρια είχαν καταστραφεί και ότι δεν σχηματίζονταν βιοϋμένες, δηλαδή οι προστατευτικές δομές που συχνά καθιστούν τις χρόνιες λοιμώξεις ιδιαίτερα δύσκολες στη θεραπεία.

Σύγκριση με την υπάρχουσα διαθέσιμη θεραπεία

Η νέα τεχνολογία συγκρίθηκε επίσης με ένα εμπορικά διαθέσιμο αντιμικροβιακό επίθεμα που βασίζεται στον άργυρο και χρησιμοποιείται σήμερα στην κλινική πράξη. Παρότι το προϊόν αυτό αρχικά μείωσε το μικροβιακό φορτίο, η λοίμωξη επανεμφανίστηκε μέσα στις επόμενες ημέρες. Αντίθετα, στο υδροτζέλ που ενεργοποιούνταν από τα βακτήρια δεν παρατηρήθηκε υποτροπή.

Πέρα από την καταπολέμηση της λοίμωξης, οι ερευνητές κατέγραψαν και καλύτερη επούλωση των τραυμάτων. Οι ιστολογικές αναλύσεις έδειξαν ότι το δέρμα αναγεννήθηκε πιο αποτελεσματικά και ότι υπήρχε μικρότερη παρουσία φλεγμονωδών κυττάρων στις περιοχές που είχαν υποβληθεί στη νέα θεραπεία. Σύμφωνα με τους συγγραφείς, η αποτελεσματική εξάλειψη των βακτηρίων φαίνεται να επιτρέπει στον οργανισμό να επικεντρωθεί στην αποκατάσταση των ιστών.

Οι προοπτικές της μελέτης

Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι απαιτείται περαιτέρω έρευνα πριν η τεχνολογία φτάσει στους ασθενείς. Θα πρέπει να δοκιμαστεί σε μεγαλύτερα ζωικά μοντέλα, σε χρόνιες λοιμώξεις και με κλινικά στελέχη βακτηρίων που συναντώνται στα νοσοκομεία. Επίσης, χρειάζεται να αξιολογηθούν ζητήματα παραγωγής, κόστους και μακροχρόνιας σταθερότητας. Ωστόσο, η μελέτη δείχνει ότι τα «έξυπνα» υλικά που ανταποκρίνονται σε συγκεκριμένα μικροβιακά σήματα ίσως αποτελέσουν στο μέλλον μια νέα γενιά επιθεμάτων τραυμάτων, ικανών όχι μόνο να θεραπεύουν τις λοιμώξεις πιο αποτελεσματικά αλλά και να συμβάλλουν στον περιορισμό της αντοχής στα αντιβιοτικά.