Iseorganiseeruvad peptiidnanofibrillid, mis on loodud rakusiseste bakteriaalsete infektsioonide vastu võitlemiseks

Teadlased on välja töötanud uut tüüpi iseorganiseeruvad peptiid-nanofibrillid, millel on ainulaadsed omadused, mis võimaldavad neil tõhusalt hävitada rakusiseseid patogeenseid baktereid. Selle olulise uuringu tulemused avaldati ajakirjas Science Advances.

Mis on uue lähenemisviisi olemus?

Rakusisesed bakterid kujutavad endast tõsist meditsiinilist väljakutset, kuna nad peidavad end immuunsüsteemi eest ja on sageli resistentsed traditsiooniliste antibiootikumide suhtes. Nende probleemide lahendamiseks töötas dr W. Yu juhitud teadlaste rühm välja peptiidmolekulid, mis on võimelised iseenesest moodustama stabiilseid nanofibrille ja millel on väljendunud antimikroobne toime.

Peptiidid kujundati hoolikalt hüdrofoobsete ja hüdrofiilsete aminohappejääkide spetsiifilise tasakaaluga. Just see disain võimaldab neil spontaanselt moodustada kiulisi struktuure, mida nimetatakse nanofibrillideks. Need struktuurid on bioloogilises keskkonnas stabiilsed ja resistentsed ensümaatilise lagunemise suhtes, mis suurendab oluliselt nende terapeutilist potentsiaali.

Nanofibrillide toimemehhanism

Teadlased näitasid, et ise kokkupandavad nanofibrillid:

1. Tänu laetud ja hüdrofoobsete aminohapete optimeeritud kombinatsioonile tungivad nad tõhusalt nakatunud rakkudesse, möödudes rakubarjääridest.
2. Nad jõuavad rakusisesesse ruumi, kus asuvad bakteriaalsed patogeenid, sealhulgas resistentsed tüved.
3. Nad rikuvad bakterite membraanide terviklikkust, mis viib nende kiire surmani.

Uute nanofibrillide oluline omadus on see, et neil on nakatunud rakkudes väljendunud aktiivsus, samas kui tavapärastel antibiootikumidel on selliste bakteriteni jõudmine keeruline ja need on vähem tõhusad.

Uuringu üksikasjad ja tulemused

Katsed viidi läbi rakukultuuridega, mis olid nakatatud rakusiseste bakteriaalsete patogeenidega (nt Listeria monocytogenes). Testid näitasid:

• Uute peptiidide kõrge antimikroobne efektiivsus rakusiseste patogeenide vastu.
• Minimaalne toksilisus peremeesrakkudele, mis näitab nende ohutust potentsiaalsel kasutamisel.
• Vastupidavus keha ensüümide poolt toimuvale lagunemisele, mis võimaldab nanofibrillide kasutamist pikaajalise toimega terapeutiliste ravimite kujul.

Edasised elektronmikroskoopia abil tehtud uuringud kinnitasid nanofibrillide moodustumist ja biokeemilised analüüsid näitasid, et need struktuurid on stabiilsed ja neil on stabiilsed füüsikalis-keemilised omadused.

Avastuse praktiline tähtsus

Arendatud nanofibrillid kujutavad endast paljulubavat alternatiivi traditsioonilistele antibiootikumidele, eriti raskesti ravitavate infektsioonide vastu võitlemisel. Neid saab kasutada:

• Rakusiseste infektsioonide raviks, sh resistentsete bakteritüvede raviks, mille vastu paljud antibiootikumid on ebaefektiivsed.
• Teiste ravimite rakkudesse manustamise alusena, kuna need suudavad tungida läbi rakumembraanide.
• Raskete nakkushaiguste, näiteks tuberkuloosi, brutselloos, salmonelloos ja teiste rakusiseste patogeenide põhjustatud haiguste kompleksse ravi osana.

Seda lähenemisviisi saab kohandada ka uute materjalide ja katete loomiseks, millel on antimikroobsed omadused haiglanakkuste ennetamiseks.

Tulevikuplaanid ja väljavaated

Tulevikus plaanivad teadlased jätkata katseid loommudelitel, et kinnitada nanofibrillide efektiivsust ja ohutust elusorganismides. Lisaks on käimas töö peptiidide struktuuri optimeerimiseks, et saavutada veelgi tõhusam toime erinevate rakusiseste bakterite tüvede vastu.

Seega avab iseorganiseeruvate peptiidnanofibrillide loomine täiesti uue suuna antibiootikumide ja biomeditsiiniliste materjalide arendamisel. Peptiidide kontrollitud iseorganiseerumisel põhinev lähenemisviis näitab olulist potentsiaali tulevikumeditsiinis, eriti arvestades antibiootikumiresistentsuse kasvu ja nakkushaiguste uusi väljakutseid.