Как ученые готовятся к миру без антибиотиков?

Борьба с бактериями

Это не все оружие, которое мы добавляем в свой арсенал. Ученые изучают другие варианты, вроде отправки других бактерий на борьбу с патогенами, поиска новых антибиотиков, а также использования антител, ну и другого.

Пройдет несколько лет, прежде чем новые инструменты будут одобрены для широкого использования. И некоторое время альтернативные противомикробные методы будут использоваться лишь тогда, когда антибиотики уже не помогают. Дешевизна и эффективность антибиотиков — основная причина, почему от них трудно отказаться. Но в долгосрочной перспективе это будет единственным вариантом.

Ниосомы

Ниосомы — это везикулы, состоящие из водяной полости и оболочки из неионного сурфактанта в ламеллярной фазе. По сравнению с липосомами, ниосомы дешевле в производстве, являются более надежной «ловушкой» для активных ингредиентов, обладают повышенной химической стабильностью и более высокой способностью к проникновению. Ниосомы являются эффективным наружным транспортным средством для активных ингредиентов, обладают способностью продлевать их действие в эпидермисе и уменьшают их поглощение организмом. С помощью ниосом также можно добиться эффекта направленного действия активных ингредиентов.

Проникновение наночастиц в кожу

На рынке присутствует множество средств с наночастицами. В части этих средств просто используется красивое слово «нано-» для продвижения, но в некоторых действительно содержатся активные вещества, заключенные в специальные носители, для усиления их биодоступности.

И вопрос об их потенциальной опасности остается открытым.

Механизм взаимодействия наночастиц с кожей зависит от их физико-химических характеристик, вида косметического средства, в которое они входят, и состояния кожи потребителя.

В целом же наночастицы можно разделить на две группы:

• растворимые и/или биодеградируемые (липосомы и наноэмульсии);
• нерастворимые и/или небиодеградируемые (диоксид титана, фуллерены и квантовые точки).

Быстрое поглощение наночастиц эпидермисом происходит только при определённых этапах подготовки кожи.

Литература

1. A. D. Bangham, “Physical structure and behavior of lipids and lipid enzymes,” Advances in Lipid Research, vol. 64, pp. 65–104, 1963.
2. M. Mezei and V. Gulasekharam, “Liposomes — a selective drug delivery system for the topical route of administration. I. Lotion dosage form,” Life Sciences, vol. 26, no. 18, pp. 1473–1477, 1980.
3. I. P. Kaur and R. Agrawal, “Nanotechnology: a new paradigm in cosmeceuticals,” Recent Patents on Drug Delivery & Formulation, vol. 1, no. 2, pp. 171–182, 2007
4. S. A. Wissing, K. Mader, and R. H. Muller, “Solid lipid nanopartices (SLN) as a novel carrier system offering prolonged
   release of the perfume Allure (Chanel),” in Proceedings of the International Symposium on Controlled Release of Bioactive
   Materials, vol. 27, pp. 311–312, Paris, France, 2000.
5. Z. Mei, Q. Wu, S. Hu, X. Li, and X. Yang, “Triptolide loaded solid lipid nanoparticle hydrogel for topical application,” Drug
   Development and Industrial Pharmacy, vol. 31,no. 2, pp. 161–168, 2005.
6. E. B. Souto and R. H. M¨uller, “Cosmetic features and applications of lipid nanoparticles (SLN, NLC),” International Journal
   of Cosmetic Science, vol. 30, no. 3, pp. 157–165, 2008.
7. J. Sakamoto, A. Annapragada, P. Decuzzi, and M. Ferrari, “Antibiological barrier nanovector technology for cancer applications,” Expert Opinion on Drug Delivery, vol. 4, no. 4, pp. 359–369, 2007.
8. S. Anisha, S. P. Kumar, G. V. Kumar, and G. Garima,“Approaches used for penetration enhancement in transdermal
   drug delivery system,” International Journal of Pharmaceutical Sciences, vol. 2, no. 3, pp. 708–716, 2010.
9. A. Sankhyan and P. Pawar, “Recent trends in noisome as vesicular drug delivery system,” Journal of Applied Pharmaceutical
   Science, vol. 2, pp. 20–32, 2012.
10. R. Toll, U. Jacobi, H. Richter, J. Lademann, H. Schaefer, and U.Blume-Peytavi, “Penetration profile of microspheres in follicular targeting of terminal hair follicles,” Journal of Investigative Dermatology, vol. 123, no. 1, pp. 168–176, 2004.
11. S. J. Christopher, L. Campbell, L. R. Contreras-Rojas et al., “Objective assessment of nanoparticle disposition in mammalian skin after topical exposure,” Journal of Controlled Release, vol. 162, no. 1, pp. 201–207, 2012.
12. B. Gulson, M. Mccall, M. Korsch et al., “Small amounts of zinc from zinc oxide particles in sunscreens applied outdoors are absorbed through human skin,” Toxicological Sciences, vol. 118, no. 1, pp. 140–149, 2010.
13. B. Gulson, M. McCall, L. Gomez, M. Korsch et al., “Dermal absorption of ZnOparticles from sunscreens applied to humans at the beach,” in International Conference on Nanoscience and Nanotechnology, Sydney,Australia, February 2010.
14. M. Senzui, T. Tamura, K. Miura, Y. Ikarashi, Y. Watanabe, and M. Fujii, “Study on penetration of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles into intact and damaged skin in vitro,” Journal of Toxicological Sciences, vol. 35, no. 1, pp. 107–113, 2010.
15. T. Butz, “Dermal penetration of nanoparticles: what we know and what we don’t. Cosmetic. Science Conference Proceedings, Munich,” SO¨FWJournal, vol. 135, no. 4, pp. 8–10, 2009.
16. P. Filipe, J. N. Silva, R. Silva et al., “Stratum corneum is an effective barrier to TiO2 and ZnO nanoparticle percutaneous absorption,” Skin Pharmacology and Physiology, vol. 22, no. 5, pp. 266–275, 2009.
17. A. Mavon, C. Miquel, O. Lejeune, B. Payre, and P. Moretto, “In vitro percutaneous absorption and in vivo stratum corneum distribution of an organic and a mineral sunscreen,” Skin Pharmacology and Physiology, vol. 20, no. 1, pp. 10–20, 2006.
18. F. Pfl¨ucker,V.Wendel,H.Hohenberg et al., “The human stratum corneum layer: an effective barrier against dermal uptake of different forms of topically applied micronised titanium dioxide,” Skin Pharmacology and Applied Skin Physiology, vol.14, no. 1, pp. 92–97, 2001.
19. F. Menzel, T. Reinert, J. Vogt, and T. Butz, “Investigations of percutaneous uptake of ultrafine TiO2 particles at the high energy ion nanoprobe LIPSION,” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, vol. 219-220, no. 1-4, pp. 82–86, 2004.
20. J. Lademann, H.-J.Weigmann, C. Rickmeyer et al., “Penetration of titanium dioxide microparticles in a sunscreen formulation into the horny layer and the follicular orifice,” Skin Pharmacology and Applied Skin Physiology, vol. 12,no. 5, pp. 247–256, 1999.

Новости

читать все

• В Сеченовском университете будут учить проектировать суперсовременное медицинское оборудование
  О планах ввести специальность «медицинский инженер» для подготовки специалистов, которые будут работать над импортозамещением современного и высококачественного медицинского оборудования в России, сообщил ТАСС ректор Сеченовского Университета, профессор, академик РАН Петр Глыбочко. «Введение специальности “медицинский инженер”, квалификация “специалист в области медицинского оборудования”, позволит решить проблему по подготовке специалистов, готовых к проектированию медицинского оборудования на основе современных
  Читать

  Наука

  #сделано в России

  15.08.2022
  76
  События

• Детский врач-эндокринолог подтвердила высокое качество российских инсулинов
  В Санкт-Петербурге состоялось  совещание между представителями Минпромторга, врачами, а также ведущими российскими производителями лекарств и медицинских изделий в области детской эндокринологии. На встрече обсуждали, как наладить бесперебойное снабжение пациентов современной высококачественной отечественной медицинской продукцией. Совещание проводилось под председательством директора Департамента развития фармацевтической и медицинской промышленности Минпромторга России Дмитрия Галкина и главного внештатного детского специалиста эндокринолога Минздрава России Валентины
  Читать

  Здоровье и медицина
  15.08.2022
  37
  События

• Россияне больше не будут угорать
  О том, что в арсенале российских медиков появилось средство от отравления угарным газом, стало известно в ходе Международного военно-технического форума «Армия-2022». На Форуме «Армия-2022», важнейшем деловом и выставочном мероприятии в подмосковной Кубинке, традиционно демонстрируются, в частности, новейшие достижения военно-полевой медицины и фармацевтическая и медицинская продукция. В этом году достижения Федерального медико-биологического агентства представила его руководитель
  Читать

  Продукция
  15.08.2022
  45
  События

• Ростех будет дорабатывать свою вакцину для защиты от оспы обезьян
  Количество заболевших оспой обезьян во всем мире растет, и, хотя в России до сих пор зафиксирован лишь один случай этого заболевания и пациент уже выздоровел, ведущие иммунобиологические компании наготове. Так, в случае необходимости госкорпорация «Ростех» готова усовершенствовать свою вакцину от натуральной оспы для более эффективной защиты от оспы обезьян. Пока в России нет специфической вакцины
  Читать

  Здоровье и медицина
  15.08.2022
  48
  События

Универсальный антибиотик

Некоторые альтернативные методы лечения можно было бы приспособить для борьбы с определенными микробами. Здесь, опять же, бактериофаги являются идеальными кандидатами. «Они по сути естественный враг бактерий», говорит Лу. Обычно, «если вы находите бактерий, вы находите и бактериофагов».

Традиционные антибиотики зачастую убивают бактерий без разбора — в том числе и в естественном микробиоме нашего тела, который играет важную роль для нашего здоровья. Это ковровая бомбардировка, которая убивает всё.

Вирусы предлагают более персонализированный подход. «Можно попытаться сохранить хорошие бактерии и при этом убить вредные», говорит Лу.

Однако эта специфика тоже палка о двух концах. Чтобы охватить достаточное количество различных бактерий, которые могут инфицировать пациента, в коктейле придется замешать множество вирусов. И хотя бактериофагов не очень дорого выращивать, коктейли из множества вирусов — совсем другой вопрос.

Лу работает над созданием коктейлей бактериофагов, построенных на безопасных лесах. Определяя область, которую должны заражать бактериофаги, вы можете атаковать различные бактерии, направлять бактериофагов в разные стороны. Осталось только понять, как это делать.

Как бы то ни было, трудно создавать эффективное лекарство, не зная, что является причиной инфекции.

Врачам необходимы более быстрые методы диагностики, чтобы они могли выяснять тип целевых бактерий и насколько они устойчивы к традиционным антибиотикам. Лу и его коллеги работают над созданием быстрой и дешевой диагностики. Когда они заражают свои целевые бактерии, они подсвечивают их тем же белком, который используют светлячки. Просто дайте образец бактериофагов пациенту и «сможете понять, светится образец или нет, присутствуют бактерии в нем или нет», говорит Лу.

Ослабить бактерии

Еще один способ ослабить бактерии — это избавить их от устойчивости, которую они выработали к антибиоткам. Для таких миссий можно было бы использовать вирусы, которые специализируются на поедании бактерий, бактериофаги.

Бактериофаги — крайне эффективные убийцы бактерий, но благодаря генной инженерии ученые могли бы дать им новые способности, включая и восстановление чувствительности бактерий к традиционным лекарствам.

Перепрограммированные бактериофаги могут зацикливаться на бактериях, несущих гены, придающие устойчивости к антибиотикам, убирать эту способность или убивать бактерий. Когда резистентные микробы будут уничтожены или обезврежены, оставшаяся популяция будет уязвима к антибиотикам.

Другой метод, позволяющий бактериям противостоять антибиотиков, заключается в секретировании соединений, создающих биопленку, через которую не может проникнуть препарат. Можно создать бактериофагов, которые будут проедать биопленку.

В природе бактериофаги могут убивать непосредственно бактерий. Некоторые из них включают свою ДНК в бактерий, и чтобы высвободить себя, просто проедают клеточную стенку, взрывая клетку, говорит Лу. Другие выступают в роли паразитов.

Бактериофаги были обнаружены около сотни лет назад. В США их вытеснили антибиотики, но в России и в некоторых странах Восточной Европы их продолжают использовать.

По мере роста антибиотикорезистентных бактерий ученые снова обращаются к бактериофагам — они так же эффективны в лечении людей, просто клинические испытания это пока не подтвердили.

Одно из преимуществ таких вирусов в том, что они могут самовоспроизводиться. Можно поместить лишь небольшое количество и убить множество бактерий. И поскольку им нужны живые клетки для воспроизводства, они перестанут воспроизводиться сразу же, как только будут уничтожены все клетки носителя.

Тем не менее, как и другие альтернативы, бактериофаги могут вызывать ответ иммунной системы.

Но они вряд ли повредят ткани человека. Бактериофаги не размножаются в человеческих клетках. Внутри нас куча бактериофагов — сложно сказать, что они для нас чужие.

Нанокристаллы

Нанокристаллы – это совокупность от нескольких сотен до тысяч атомов, достигающая размеров 10-400нм и используемая для доставки плохо растворимых активных ингредиентов. Научно доказано, что, например, нанокристаллическая форма рутина в 500 раз более биоактивна, чем водорастворимый гликозид рутин . Наносуспензию 5% рутина в виде нерастворимых нанокристаллов наносили на кожу добровольцев и сравнивали по эффективности фотозащиты с 5% раствором гликозида рутина. Несмотря на в 500 раз меньшую концентрацию рутина в нанокристаллической суспензии, она продемонстрировала на 25% большую эффективность при защите кожи от ультрафиолета.

Как нейтрализовать бактерии

Бактерий не всегда нужно убивать, чтобы нейтрализовать. Некоторые виды лечения атакуют микробов косвенно, лишая их оружия. Бактерии будут на месте, но последствия заражения не будут серьезными, а иммунная система получит шанс сразиться с инфекцией самостоятельно.

Если ваш препарат на самом деле не убивает бактерий, у них будет меньше стимулов вырабатывать сопротивление к нему. Появление устойчивости займет больше времени, поскольку бактерии не будут активно бороться с препаратом, говорит Франчески.

Многие бактерии выделяют токсины, которые повреждают клетки хозяина.

Один из распространенных типов токсинов называется порообразующим — он пробивает отверстия в клетках. Его выделяют метициллинрезистентный золотистый стафилококк, кишечная палочка, листерии, бактерии сибирской язвы и яд змей, скорпионов и морских анемонов.

Лянфанг Чжан придумал, как свести эти токсины на нет. «Вы отнимаете оружие, и они становятся намного слабее», говорит Чжан, наноинженер Калифорнийского университета в Сан-Диего. Он покрывает наночастицы сладкой мишенью — мембранами, составленными из красных кровяных телец. Красная кровяная клетка выступает в качестве приманки, засасывая токсин, который в противном случае атакует здоровые клетки. «Она будто губка высасывает токсины», объясняет Чжан.

В своем первом исследовании он показал, что наногубки всасывают токсины без вреда для мышей. В этом году работа Чжана с наночастицами в качестве приманок стала одним из 24 проектов, получивших финансирование от Национальных институтов здравоохранения. Он надеется начать клинические испытания на людях уже в следующем году.

Наночастицы, которые часто изготавливаются из пластмассы или металлов типа серебра, могут также ослаблять бактерии, разрушая их защитные клеточные мембраны или вызывая повреждения ДНК. С наночастицами легко работать, поскольку они сами себя строят. «Вы контролируете температуру, растворитель и все остальное, а эти молекулы самостоятельно собираются в наночастицу», говорит Чжан.

Остаются вопросы касательно долгосрочной безопасности некоторых из этих вещей, говорит Лу.

Что же такое нанотехнология?

На территории Российской Федерации понятие нанотехнологий установлено в ГОСТ Р 55416-2013 «Нанотехнологии. Часть 1. Основные термины и определения».

Согласно «Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий», нанотехнология определяется как совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.

Среди технологий, используемых для разработки космецевтических средств, нанотехнологии занимают особое место. Считается, что активные частицы меньшего размера более охотно поглощаются кожей и быстрее и эффективней воздействуют на требующую решения проблему.

Основными целями использования наночастиц в космецевтике являются:

• повышение стабильности косметических ингредиентов (например, витаминов, ненасыщенных жирных кислот и антиоксидантов) при заключении их внутрь наночастицы;
• более эффективная защита кожи от ультрафиолета, повышение внешней привлекательности средств (например, солнцезащитные средства с крайне маленькими частичками минеральных активных ингредиентов наносятся, не оставляя белых следов на коже);
• направленное действие активного ингредиента на необходимом участке и контролируемое высвобождение активных ингредиентов для более продолжительного действия продукта.

Все это звучит невероятно привлекательно, но давайте разбираться, какие способы доставки мы знаем исторически, какие носят действительно инновационный характер и есть ли подводные камни у направления под названием «Нанокосметика».

Альтернативы антибиотикам

Иногда, впрочем, полумеры не помогают. Существуют альтернативы традиционным антибиотикам, которые могут убивать бактерий. Одна из стратегий — создать искусственные версии антимикробных пептидов (АМП), которые являются частью врожденного иммунного ответа у микробов, растений и животных (вроде тасманийских дьяволов). Эти компоненты атакуют мембрану патогена и сеют хаос внутри клетки.

В рамках недавно проведенного проекта, де ла Фуэнте сотрудничал с Лу и другими, чтобы выбрать нетоксичный АМП, обнаруженный у простых морских животных, называемых оболочниками. Ученые добавили несколько аминокислот к основной настройке, улучшив ее способность лечить мышей, инфицированных устойчивыми к антибиотикам штаммами кишечной палочки или MRSA. Укрепленный АМП также укрепляет иммунную систему грызунов, уменьшает воспаление и призывает помощь в форме белых кровяных клеток.

Антимикробные пептиды могут победить широкий спектр патогенов, и бактерии с трудом вырабатывают устойчивость к ним. «По сравнению с обычными антибиотиками, эти пептиды более эффективны во многих случаях», говорит де ла Фуэнте.

Тем не менее существуют опасения, что АМП может накинуться на клетки носителя. И как со многими альтернативами антибиотиков, отправить пептиды в нужное место в достаточно высокой концентрации, чтобы сохранить эффективность, может быть проблемой. В краткосрочной перспективе более вероятно локальное применение, считает де ла Фуэнте. Эти пептиды можно было бы включить, например, в крем, который можно было бы применить на открытую рану или на место поражения кожи инфекцией. Также их можно было бы использовать для покрытия столов, компьютеров, хирургических инструментов или катетеров, чтобы препятствовать появлению колоний микробов на них.

Твердые липидные наночастицы

Твердые липидные наночастицы (ТЛН) – это субмикронные частицы размером 50-1000нм, состоящие из липидов, находящихся в воде или водном растворе поверхностно-активных веществ. ТЛН активно используются в космецевтике по нескольким причинам. Во-первых, они нетоксичны и полностью биоразлагаемы. Во-вторых, благодаря своему малому размеру, ТЛН хорошо проникают в кожу. Кроме того, доказано, что ТЛН обладают свойствами физического UV-фильтра, поэтому могут быть использованы для разработки эффективных солнцезащитных средств с минимальным числом побочных эффектов . Согласно результатам исследований in vivo, за 4 недели увлажненность кожи повышается на 31% при использовании традиционного крема с добавлением 4% ТЛН . Кроме того, твердые липидные наночастицы могут быть успешно использованы в качестве транспортного средства для парфюмерных продуктов. При включении отдушки в ТЛН парфюмерия демонстрирует более продолжительный эффект.

Как сделать антибиотики эффективнее?

Чтобы сделать существующие антибиотики более эффективными, можно применить альтернативные методы лечения. К примеру, сейчас ученые изучают, как можно было бы использовать наночастицы для доставки противораковых препаратов и антибиотиков.

Антибиотики распространяются по всему телу и являются токсичными в высоких дозах. С помощью наночастиц можно было бы высвобождать концентрированные порции лекарственных препаратов.

Тысячи молекул лекарства можно было бы засунуть внутрь одной наночастицы.

Чжан и его коллеги замаскировали наночастицы в пиджачки, сделанные из мембран тромбоцитов — клеток, которые помогают крови сворачиваться. Со стороны наночастицы похожи на эти миниатюрные клетки крови. Некоторые бактерии привлекаются тромбоцитами — с их помощью те маскируются от иммунной системы. Покрытые тромбоцитами наночастицы могли бы сыграть дважды, привлекая захватчиков с тем, чтобы взорвать их лекарственным препаратом.

Все наночастицы будут высвобождать лекарственные препараты в присутствии бактерий, говорит Чжан. С помощью покрытых тромбоцитами частиц он уже вылечил мышей, инфицированных штаммом MRSA, устойчивым ко многим антибиотикам.

Липосомы

Понятие липосом было впервые упомянуто в литературе в 1963 году , а их эффективность для доставки наружных лекарственных препаратов была доказана в начале 1980-х . Липосомы – это шаровидные замкнутые частицы, состоящие из фосфолипидной оболочки и содержащегося внутри нее раствора. Их размеры варьируются от 20нм до нескольких сотен микрометров . Липосомы часто используются в составе космецевтики, так как полностью биосовместимы, нетоксичны, а также представляют собой универсальное биодеградируемое транспортное средство для доставки активных ингредиентов.

Кроме того, липосомы защищают содержащийся в них лекарственный препарат от воздействия окружающей среды и могут быть использованы для доставки гидрофобных и гидрофильных агентов, например, витаминов или других молекул, необходимых для регенерации эпидермиса. Одним из главных составляющих липосом является фосфатидилхолин, который, благодаря его смягчающим и ухаживающим свойствам, часто можно найти в составе косметических средств для кожи (увлажнителей, лосьонов, кремов и пр.) и волос (шампунях, кондиционерах). Некоторые активные ингредиенты (например, витамины А, Е и К) и антиоксиданты (например, каротиноиды, ликопин и коэнзим Q10), будучи заключенными в липосомы, приобретают дополнительную физическую и химическую стабильность в водном растворе.

Еще по теме

Антивозрастная терапия
Суспензия для криолиполиза сравнилась по эффективности с аппаратами

Антивозрастная терапия
Препараты полимолочной кислоты в косметологии
Рассказываем о применении полимолочной кислоты и так называемом полимолочном биолифтинге, которого м…

Антивозрастная терапия
Ученые узнали, почему при диабете плохо заживают раны
Китайские дерматологи связали плохое ранозаживление с влиянием гистатина-1 на кератиноциты.

Антивозрастная терапия
Открыты два антиоксиданта у пациентов с меланодермией
Это билирубин и мочевая кислота. Их эффект ранее изучался при некоторых кожных заболеваниях, однако …

Выводы

1. Наночастицы, используемые в космецевтике, могут быть токсичными при попадании в кровь.

2. Необходимо использовать нанокосметику только на неповрежденных кожных покровах. Результаты большинства исследований свидетельствуют о том, что при нанесении на кожу наночастицы проникают внутрь в основном трансфолликулярным путем или через поры.

3. Уменьшение молекулярного веса и размера транспортных систем активных ингредиентов в косметологии усиливает биодоступность активных ингредиентов и задает новый вектор в развитии космецевтики.

4. Космецевтика все больше приближается к фармацевтике и назначать косметологические средства, использующие нанотехнологии в производстве, должен профессиональный косметолог, учитывая множество различных факторов.

5. Маркетинговые войны порой дискредитируют перспективное направление транскутанной доставки активных ингредиентов и, таким образом, врачи и пациенты должны адекватно оценивать заявленные эффекты наружных средств, не противопоставляя косметику инвазивным и малоинвазивным процедурам, а успешно дополняя их.