Короткие синтетические полимеры совершат переворот в лечении супербактериальных инфекций

С тех пор как штаммы некоторых патогенных бактерий научились противостоять всему арсеналу противомикробных препаратов, проблема создания принципиально новых терапевтических средств встала, что называется, ребром. Разработка набора противомикробных медикаментов на основе синтетических полимеров — один из наиболее многообещающих подходов. Эти экспериментальные препараты высокоэффективно убивают устойчивые к действию антибиотиков патогенные бактериальные клетки, но, к сожалению, не являются селективными, представляя реальную угрозу, особенно для красных кровяных клеток организма хозяина.

Учёные из Института биоинжиниринга и нанотехнологий (Сингапур) предложили альтернативный подход к дизайну таких полимеров, который позволяет победить токсичность.

Внизу: клеточная мембрана патогена практически разорвана; вверху: схематичное представление о причине — проникновение олигомерных цепей в клеточные мембраны. (Иллюстрация Elsevier.)

Идея синтетических антибиотиков на основе полимеров «заимствована» у аналогичных антимикробных пептидов, продуцируемых в живой природе некоторыми организмами. Бактерии если и способны в конечном итоге выработать иммунитет на такие пептиды, то делают это очень медленно. Возможно, виной тому особый тип действия: пептиды физически проникают в клеточные мембраны патогенов, разрушая их структуры и тем самым вызывая гибель клеток. Основной недостаток природных противомикробных белков — высокая стоимость их получения; оттого как воздух нужны дешёвые синтетические полимерные аналоги. Такие продукты стараются копировать «амфифильную» структуру природных пептидов: они состоят из чередующихся полярных и неполярных фрагментов. Роль заряженных, полярных фрагментов заключается в обеспечении проникновения всего полимера в мембрану патогена. К сожалению, это же свойство обеспечивает неселективное проникновение синтетических полимеров и в мембраны хозяйских клеток.

Изыскивая подходы к борьбе с неизбирательностью (и, понятно, токсичностью) полимерных препаратов, сингапурцы для начала отказались от длинноцепочечных полимеров. Олигомеры вместо настоящих полимеров — вот нынешний лозунг разработки синтетических полимерных противомикробных средств.

В тестах на активность полимерных препаратов против супербактерий и грибков было подтверждено, что новые олигомерные структуры сохраняют свою эффективность в отношении самого широкого спектра патогенов. Электронная микроскопия подсказала то, каким именно образом полимерные синтетики убивают «врагов»: через несколько часов после начала эксперимента множество олигомерных нитей уже проникло в клеточные стенки патогенов, поставив их на край гибели (см. иллюстрацию). Но, что не менее важно, даже при более высокой концентрации эти олигомеры производили самое незначительное воздействие на красные кровяные тельца.

Теперь, после того как был установлен основной источник токсичности, учёные намерены плотнее заняться деталями структурных фрагментов полимерных препаратов, дабы максимизировать их противомикробные свойства.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Biomaterials.

Подготовлено по материалам A*STAR Research.