Udnyttelse af siliciumnanopartikler til at bekæmpe infektioner

Der er et presserende behov for bedre metoder til at behandle bakteriel infektion i kapløbet mellem udvikling af nye antibiotika og fremkomsten af ​​lægemiddelresistente bakterier.

I øjeblikket, antimikrobiel resistens er ansvarlig for 23, 000 dødsfald årligt i USA og 700, 000 dødsfald på verdensplan. En undersøgelse fra Wellcome Trust 2016 forudsagde, at den nuværende fremkomsthastighed af nye virulente stammer vil overstige USA's Food and Drug Administrations godkendelsesrate for nye antimikrobielle midler i 2050 - hvilket betyder, at dødsfald fra antimikrobielle resistente stammer vil overstige dødsfald fra kræft.

University of Minnesota-forsker Hongbo Pang hjalp med at opdage det første eksempel på et effektivt genterapeutisk middel mod dødelige bakterieinfektioner ved hjælp af et nanoterapeutisk middel til at levere kort interfererende RNA (siRNA), der retter sig mod immunsystemets celler. Denne forskning, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , blev udført af et hold fra University of Minnesota; University of California, San Diego (UCSD); Sanford Burnham Medical Discovery Institute (SBMDI); og Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST).

"Denne undersøgelse viser perfekt det store potentiale i målrettet nanoteknologi til behandling af forskellige menneskelige sygdomme, " sagde Pang, en assisterende professor ved University of Minnesota College of Pharmacy.

"Dette er et virkelig godt eksempel på konvergent forskning, " sagde Michael Sailor fra University of California, San Diego. "For at få dette koncept til at fungere, vi var nødt til at kombinere vores nanomaterialeekspertise på UCSD og membran- og cellebiologiekspertise hos KAIST med peptider og sygdomsmodeller udviklet af vores biomedicinske samarbejdspartnere ved SBMDI og UMN."

Forskerholdet udforskede yderligere genterapeutisk, en underudnyttet tilgang til at bekæmpe bakterielle infektioner og til at styrke kroppens immunsystem. siRNA genterapi er i stand til at forbedre nogle medfødte immuncellers evne til at angribe bakterier, mens de lukker ned for immunsystemets inflammatoriske respons, der kan forstyrre restitutionen.

Med denne behandling, håbet er en bred vifte af bakterielle infektioner, herunder nye stammer, kan angribes. Mens levering af siRNA i kroppen er notorisk vanskeligt, Undersøgelsen viste, at siRNA-terapi gav en fuld bedring fra en dødelig bakteriel infektion ved at redde 100 procent af musene, der var inficeret med en dødelig dosis Staph. aureus lungebetændelse.

"En kort peptidstreng kan genkende makrofager, en vigtig immuncelletype, selektivt på infektionsstedet, " tilføjede Pang. "I kombination med nanomateriale med unikke fordele som lægemiddelbærere, vi kunne levere genterapi effektivt, hvor de er nødvendige, og opnå en fuld bedring fra en dødelig bakteriel infektion."

Forskerholdet inkorporerede tre funktioner i deres nanopartikeldesign:

• genererede en porøs nanopartikelvært, der beskyttede sin siRNA-nyttelast mod for tidlig nedbrydning i blodbanen;
• opdagede et peptid, der selektivt retter sig mod makrofagceller, en type hvide blodlegemer, som angriber fremmede mikrober og signalerer, at en angriber er til stede
• udviklet en kemisk belægning, kaldet et fusogent lipid, som gjorde det muligt for nanopartiklerne at trænge ind i makrofagen og levere dens genterapeutiske til de rigtige rum i cellen.

Ifølge Pang, undersøgelsen er det første eksempel på en effektiv genterapi til dødelige bakterieinfektioner, ved hjælp af et nanoterapeutikum til at levere siRNA til målrettede makrofagceller. Forskerholdet, for første gang, har vist, at siRNA-terapi kan generere en fuld bedring fra en dødelig bakteriel infektion.