Одна из серьезнейших угроз человечеству, как уверены во Всемирной организации здравоохранения – устойчивость бактерий к антибиотикам, быстро растущая из-за их неконтролируемого применения. В проекте российских ученых, физическую часть которого реализуют специалисты Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ", предложено возможное решение этой проблемы. Новая разработка, по словам авторов, облегчит лечение трудно заживающих ран, ожогов и других очагов бактериальной угрозы.
Одним из решений этой глобальной проблемы, как считают ученые, может стать развитие методов антибактериальной фотодинамической терапии (ФДТ). Согласно результатам многих исследований, патогенные микроорганизмы неспособны выработать устойчивость к этому виду лечения.
Принцип действия ФДТ основан на применении особых веществ, фотосенсибилизаторов, вводимых в организм и в процессе лечения облучаемых светом при помощи специального излучателя. Полученная световая энергия передается молекулам кислорода и трансформирует их в активную форму, которая борется с инфекцией.
Коллектив ученых, включающий физиков из ИОФ РАН и НИЯУ МИФИ, микробиологов из НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи и химиков из ГНЦ "НИОПИК", предложил использовать в качестве фотосенсибилизаторов синтетические поликатионные бактериохлорины. В отличие от большинства антибиотиков, нацеленных только на один тип бактерий, эти соединения при лечении методом ФДТ обладают универсальным действием. Как считают ученые, в клинической практике это позволит отказаться от определения типа бактериальной угрозы, тем самым экономя время и ресурсы.
По определению ВОЗ, эффективным антибактериальным средством считается препарат, снижающий число активных клеток патогена не менее, чем в 103 раз. Как сообщили ученые НИЯУ МИФИ, применяемые ими бактериохлорины превосходят этот показатель минимум в 10 раз.
Такая эффективность достигается, во-первых, за счет способности бактериохлоринов к сильному светопоглощению и последующей передаче энергии кислороду, присутствующему в организме. Быстрая гибель бактерий обеспечивается действием именно активной формы кислорода, "заряженной" энергией от фотосенсибилизатора.
Во-вторых, в растворе бактериохлорины имеют положительный электрический заряд, что, согласно последним исследованиям, увеличивает эффективность воздействия фотосенсибилизаторов на бактерии как в свободном состоянии, так и в виде биопленок.
В-третьих, бактериохлорины отлично поглощают свет в ближнем инфракрасном диапазоне. Как объяснили ученые, в этой области спектра находится так называемое "окно прозрачности биологический ткани", то есть свет с такой длиной волны способен проникать в ткани организма значительно глубже. Кроме того, в этом диапазоне снижено светопоглощение пигментов, выделяемых некоторыми видами патогенных бактерий, благодаря чему на активацию фотосенсибилизатора будет поступать значительно больше энергии.
"Эксперименты показали высокую эффективность бактериохлоринов на штаммах бактерий, обладающих устойчивостью к антибиотикам, причем это были как менее агрессивные грамположительные бактерии, так и более агрессивные грамотрицательные. Это серьезно увеличивает наши шансы на успех в реальных клинических работах",
– отметила аспирантка Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ Екатерина Ахлюстина.
Наиболее перспективная сфера применения антибактериальной ФДТ – лечение тяжелых и долго не заживающих инфицированных ран и ожогов, считают ученые НИЯУ МИФИ. По их словам, такая методика способна не только ускорить выздоровление, но и обеспечить хороший косметический эффект.
"На текущей стадии испытаний эти соединения уже можно использовать в технических целях – например, для качественной дезинфекции поверхностей в больницах. Мы надеемся, что впоследствии на базе бактериохлоринов будет разработана и лекарственная форма для применения в медицине и ветеринарии", – рассказала Екатерина Ахлюстина.
По словам ученых, одна из физических проблем в развитии метода ФДТ – агрегация фотосенсибилизатора, то есть образование "комочков" вещества, существенно снижающих эффективность терапии. Специалисты НИЯУ МИФИ ведут активные исследования для борьбы с этим явлением.
При разработке новых фотосенсибилизаторов, как объяснили специалисты НИЯУ МИФИ, необходимо также тщательно изучить стабильность и фотодинамические свойства синтезированных соединений. Впоследствии это позволит правильно подобрать дозы препаратов для создания лекарственной формы новых соединений. Главное в эффективной ФДТ, как объяснили ученые, это подобрать необходимые концентрации веществ и нужную световую дозу облучения.
На химические соединения, применяемые научным коллективом в качестве фотосенсибилизаторов, уже получен патент. Ближайшая задача, стоящая перед исследователями НИЯУ МИФИ, – спектроскопические исследования стабильных соединений бактериохлоринов с минимальной агрегацией, а также подготовка к опытам на органах и тканях экспериментальных животных и человека.