Nanopartikellevering maksimerer lægemiddelforsvaret mod bioterrorisme

Forskere fra California NanoSystems Institute ved UCLA har udviklet et nanopartikelleveringssystem til antibiotikummet moxifloxacin, der i høj grad forbedrer lægemidlets effektivitet mod pneumonisk tularæmi, en type lungebetændelse forårsaget af indånding af bakterien Francisella tularensis.

Studiet, som står i journalen ACS Nano , viser, hvordan nanopartikelsystemet retter sig mod de præcise celler, der er inficeret af bakterierne, og maksimerer mængden af ​​lægemiddel, der leveres til disse celler.

Jeffrey Zink, fremtrædende professor i kemi og biokemi og en seniorforfatter på undersøgelsen, udviklet de mesoporøse silicananopartikler, der bruges til lægemiddellevering. Zink og hans forskerhold gennemførte en udtømmende proces for at finde den bedste partikel til jobbet.

"Nanopartiklerne er fulde af dybe tomme porer, " sagde Zink. "Vi placerer partiklerne i lægemiddelopløsning natten over, at fylde porerne med lægemiddelmolekyler. Vi blokerer derefter poreåbningerne på nanopartiklernes overflade med molekyler kaldet nanoventiler, at forsegle stoffet inde i nanopartiklerne."

Når de lægemiddelbærende nanopartikler sprøjtes ind i det inficerede dyr, i dette tilfælde en mus, stoffet bliver i nanopartiklerne, indtil de når deres mål:hvide blodlegemer kaldet makrofager. Makrofager indtager nanopartikler i rum, der har et surt miljø. Nanoventilerne, som er designet til at åbne som reaktion på de mere sure omgivelser, frigiv derefter stoffet.

"Vi testede flere forskellige partikler og nanoventiler, indtil vi fandt dem, der ville bære den maksimale mængde lægemiddel og frigive det ved den helt rigtige pH-værdi, " sagde Zink.

F. tularensis-bakterien er meget smitsom og er blevet udpeget som et top-tier bioterrorismemiddel af Centers for Disease Control, hvilket betyder, at det anses for at udgøre en høj risiko for den nationale sikkerhed og folkesundheden.

"F. tularensis overlever og formerer sig i makrofager, især dem i leveren, milt og lunge, sagde Marcus Horwitz, en fremtrædende professor i medicin og mikrobiologi, immunologi og molekylær genetik og undersøgelsens anden seniorforfatter. "Makrofager fortærer let mesoporøse silicananopartikler, gør disse partikler ideelle til behandling af disse typer infektioner."

Moxifloxacin er en kraftfuld behandling for tularæmi, men det har bivirkninger, når det administreres som et frit lægemiddel i blodbanen. UCLA-forskerne arbejdede på at maksimere behandlingens effektivitet og samtidig reducere bivirkninger.

"Når du giver et stof frit i blodet, kun 1 eller 2 procent af den når derhen, hvor du vil have den hen, " sagde Horwitz. "Med dette system, stoffet er indeholdt i nanopartiklerne, indtil de er inde i makrofager, at levere en meget større mængde af lægemidlet direkte til infektionsstedet."

Horwitz tilføjede, at fritflydende lægemidler metaboliseres og udskilles fra det øjeblik, de administreres, der henviser til, at nanopartikler beskytter lægemiddelmolekyler mod metabolisme og udskillelse indtil efter deres frigivelse i målcellerne, gør nanoterapeutika potentielt meget potent.

Undersøgelsen sammenlignede effektiviteten af ​​frit injiceret moxifloxacin med den, der leveres af nanopartiklerne med kontrolleret frigivelse. Hos mus, der fik en meget dødelig dosis af Francisella tularensis, den nanopartikelleverede moxifloxacin forårsagede få bivirkninger og var mere effektiv til at reducere antallet af bakterier i lungerne end en dosis af frit injiceret moxifloxacin to til fire gange større.

Nanopartikelleveringssystemet har potentialet til at maksimere antibiotikaeffektiviteten og reducere bivirkninger ved andre infektionssygdomme, herunder tuberkulose, Q-feber og legionærsyge.