Antybakteryjny hydrożel został opracowany na Uniwersytecie Technicznym Chalmersa (Szwecja). Wykazał silną zdolność do zabijania wielu różnych rodzajów bakterii – w tym opornych na antybiotyki. W jego skład wchodzą peptydy antybakteryjne (coś jak białka, ale o mniejszych cząsteczkach).

Zdaniem twórców nowy hydrożel może znaleźć wiele zastosowań w medycynie – na przykład przy leczeniu ran czy w przeciwdziałających zakażeniom powłokach na implanty.

Aby umożliwić kliniczne zastosowanie tego materiału, zwłaszcza w połączeniu ze standardowymi metodami leczenia, takimi jak antybiotyki, naukowcy musieli upewnić się, że żel nie będzie miał negatywnego wpływu na skuteczność antybiotyków.

Tymczasem badanie (https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2024.124630) przeprowadzone w warunkach laboratoryjnych dało zaskakująco pozytywne wyniki: jak się okazało, w obecności antybakteryjnego hydrożelu antybiotyki były skuteczniejsze, osiągając 64-krotnie wyższy efekt bakteriobójczy. Dzięki takiemu połączeniu wzrastały również właściwości antybakteryjne żelu.

W przypadku niektórych bakterii przeciwbakteryjne działanie materiału peptydowego i antybiotyków nie tylko się sumowało (efekt addytywny), ale wręcz pomnażało (efekt synergistyczny). Efekt addytywny występuje, gdy podajemy dwa leki dające ten sam skutek dzięki działaniu na ten sam mechanizm, podczas gdy efekt synergistyczny pojawia się przy lekach dających taki sam skutek, ale w różny sposób.

„Gdy cząsteczki hydrożelu weszły w bliski kontakt z bakteriami, te ostanie osłabły i stały się bardziej podatne na leczenie antybiotykowe. W niektórych przypadkach antybiotyki stały się ponownie skuteczne przeciwko bakteriom, które były wcześniej oporne” — podkreśliła Annija Stepulane, doktorantka chemii stosowanej w Chalmers i pierwsza autorka artykułu.

Materiał peptydowy testowany był na hodowlach bakteryjnych, w połączeniu z dwoma różnymi antybiotykami: oksacyliną i wankomycyną. Bakterie objęte eksperymentami to dwa rodzaje gronkowców (Staphylococcus aureus), z których jeden jest szczepem opornym na kilka antybiotyków (MRSA).

Najsilniejszy efekt zaobserwowano w przypadku szczepu MRSA, zwłaszcza gdy oddziaływanie hydrożelu połączono z oksacyliną – antybiotykiem, na który bakterie MRSA są normalnie oporne. Połączenie to obniżyło efektywne stężenie oksacyliny 64-krotnie w porównaniu z zastosowaniem samego antybiotyku. W rezultacie skuteczne stężenie oksacyliny spadło poniżej progu, przy którym bakterie są klasyfikowane jako oporne na lek.

W przypadku wankomycyny efektywne stężenie również obniżyło się, gdy lek połączono z hydrożelem, chociaż efekt ten był raczej addytywny niż synergistyczny.

Przeciwdrobnoustrojowe peptydy występują naturalnie w naszych organizmach, a ich silne właściwości bakteriobójcze są znane od dawna. Komórki bakteryjne giną, ponieważ peptydy uszkadzają ich błony komórkowe, głównie poprzez interakcję między ładunkami dodatnimi w peptydach a ładunkami ujemnymi w błonach bakteryjnych.

Naukowcy już wcześniej próbowali łączyć przeciwdrobnoustrojowe peptydy z antybiotykami, ale dotychczas tylko z peptydami w roztworze. W tej formie peptydy są bardzo wrażliwe i tracą skuteczność po wystawieniu na działanie płynów ustrojowych, takich jak krew. Natomiast peptydy przyłączone do hydrożelu stają się dużo bardziej stabilne i mogą być aktywne przez dłuższy okres.

Naukowcy z Chalmers wcześniej wykazali bakteriobójczą aktywność hydrożelu trwającą kilka dni w przeciwieństwie do kilku godzin dla peptydów w roztworze. Zabijał 99,99 proc. bakterii skórnych.

„Materiał na bazie peptydów można stosować miejscowo, na ograniczoną część ciała, dzięki czemu nie wpływa na cały organizm. Materiał jest nietoksyczny i nie powoduje żadnych niepożądanych skutków ubocznych” — zaznaczył kierujący badaniami Martin Andersson, profesor chemii stosowanej w Chalmers.

Hydrożel, który można również zastosować w postaci sprayu, może zwiększyć bezpieczeństwo i skuteczność kuracji antybiotykowej, którą otrzymuje pacjent. Jednym z potencjalnych zastosowań tego odkrycia jest leczenie ran.

„Gdy rozpoczyna się leczenie rany, często nie wiadomo, czy bakterie, które spowodowały zakażenie są oporne na określony antybiotyk. Jednoczesne nałożenie materiału peptydowego na ranę zwiększa prawdopodobieństwo, że antybiotyk będzie skuteczny przeciwko bakteriom. Można wtedy wyleczyć infekcję bez konieczności stosowania dodatkowych rodzajów antybiotyków” — wskazał Martin Andersson.

Ponieważ materiał peptydowy ma pozytywny wpływ na proces gojenia, naukowcy widzą również duże korzyści w jego stosowaniu jako standardowego leczenia zapobiegającego zakażeniom ran. „Materiał mógłby być stosowany w placówkach opieki zdrowotnej, na przykład po zabiegach chirurgicznych – możliwość ta jest już dostępna w opiece weterynaryjnej w niektórych krajach – i w domu. Mógłby działać jak zwykły plaster, zwłaszcza dla osób obawiających się infekcji. Może to być szczególnie interesujące w obszarach o wysokiej częstości występowania opornych infekcji, takich jak niektóre części Afryki i Azji, gdzie wymagana jest szczególna ostrożność w przypadku urazów” – podkreślił Martin Andersson.

Naukowcy mają już teorie tłumaczące przyczyny synergistycznego efektu peptydów z antybiotykami, ale mechanizmy molekularne nadal wymagają zbadania.(PAP)

Paweł Wernicki

pmw/ bar/