ریزذراتی که سلاح مقابله با باکتری‌های خطرناک هستند

به گزارش ادونسد ساینس نیوز، تهدید باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک همچنان پزشکان و دانشمندان را نگران می‌کند. تعداد این ابرمیکروب‌ها در حال افزایش است و به همین دلیل، پژوهشگران سعی دارند تا داروهای جایگزین، مواد شیمیایی و حتی موادی را ارائه دهند که می‌توانند جوامع را در برابر این باکتری‌ها به خوبی تجهیز کنند.

"آندرس گارسیا"(Andrés García)، پژوهشگر "موسسه فناوری جورجیا"(Georgia Tech) گفت: افزایش باکتری‌های مقاوم به دارو مانند "استافیلوکوکوس اورئوس"(Staphylococcus aureus) و "سودوموناس آئروژینوزا"(Pseudomonas aeruginosa)، بسیار نگران‌کننده است. این باکتری‌های مقاوم، عامل بیماری‌های عفونی گوناگون در جوامع و بیمارستان‌ها هستند. این باکتری‌ها در برخی موارد، در برابر همه آنتی‌بیوتیک‌ها به جز چند آنتی‌بیوتیک مقاومت نشان می‌دهند. درمان پنومونی باکتریایی و عفونت‌های باکتریایی ریه در بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک، بسیار چالش‌برانگیز است. بنابراین، نیاز فوری به توسعه درمان‌های غیر آنتی‌بیوتیکی جایگزین احساس می‌شود.

گارسیا و گروهش با همکاری پژوهشگران دانشکده پزشکی "دانشگاه اموری"(Emory University)، درمان جدیدی را ابداع کرده‌اند که باکتریوفاژهای محصور شده در پلیمرهای قابل تجزیه زیستی را به واسطه دستگاه‌های مخصوص استنشاق، به بدن انتقال می‌دهد.

"پراناو کاللکار"(Pranav Kalelkar)، پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: باکتریوفاژها، ویروس‌هایی هستند که نوع خاصی از باکتری‌ها را آلوده می‌کنند و از بین می‌برند. آنها به محض آلوده کردن باکتری، دستگاه آن را می‌ربایند و چندین نسخه از خود تولید می‌کنند و نهایتا به مرگ باکتری منجر می‌شوند. این مکانیسم که با مکانیسم آنتی‌بیوتیک‌ها متفاوت است، باکتریوفاژهای درمانی را در برابر باکتری‌های مقاوم به چند دارو موثر می‌کند. باکتریوفاژها اساسا شکارچی باکتری‌ها هستند و ایجاد یک باکتریوفاژ درمانی می‌تواند مصداق این ضرب‌المثل باشد که دشمن دشمن من، دوست من است.

باکتریوفاژ درمانی، مدت‌هاست که شناخته شده است. در واقع، باکتریوفاژها برای نخستین بار در سال ۱۹۱۵ و مدت‌ها پیش از آنتی‌بیوتیک‌ها کشف شدند. با افزایش باکتری‌های مقاوم به آنتی بیوتیک، باکتریوفاژها دوباره توجه بیشتری را به خود جلب کردند. با وجود این، یکی از موانع درمان با باکتریوفاژها، محصور کردن مؤثر آنها در محیطی مناسب است که به آنها امکان می‌دهد تا به طور مؤثر به هدف خود در بدن بیماران برسند. هدف پژوهش گارسیا و گروهش، همین موضوع است.

چهار سال پیش، گروه گارسیا نشان دادند که باکتریوفاژهای محصور شده در ریزذرات ساخته‌ شده از "پلی لاکتیک کو گلیکولیک اسید"(PLGA)، عفونت‌های ریوی ناشی از باکتری سودوموناس آئروژینوزا را به طور موثر کاهش می‌دهند. پلی لاکتیک کو گلیکولیک اسید، یک کوپلیمر زیست‌تخریب‌پذیر و زیست‌سازگار شناخته‌ شده است که در طیف وسیعی از کاربردهای بالینی از ایمپلنت گرفته تا دارورسانی استفاده می‌شود.

آنچه گارسیا و همکارانش می‌خواستند این بار امتحان کنند، این بود که ببینند آیا این روش را می‌توان علیه سودوموناس آئروژینوزا و استافیلوکوکوس اورئوس استفاده کرد یا خیر. استافیلوکوکوس اورئوس، باکتری دیگری است که به عفونت ریه منجر می‌شود اما رفتار متفاوتی با آنتی‌بیوتیک‌ها و واکنش ایمنی طبیعی بدن ما دارد. ارائه یک راهبرد درمانی برای اینکه باکتریوفاژ بتواند با هر دو باکتری مقابله کند، گام بزرگی به جلو خواهد بود.

فرآیند محصور کردن فاژ در پلی لاکتیک کو گلیکولیک اسید، نسبتا ساده است. گارسیا گفت: ما باکتریوفاژ را روی میکروذرات بارگذاری می‌کنیم و به مخلوط کردن این دو در یک محیط آبی طی مدت زمان و تحت شرایط خاص می‌پردازیم.

وی افزود: ریزذرات طوری طراحی شده‌اند که بسیار متخلخل باشند. این ویژگی، سطح وسیعی را برای بی‌حرکت شدن باکتریوفاژ فراهم می‌کند. علاوه بر این، ویژگی‌های سطحی ریزذرات برای ارتقای بارگذاری باکتریوفاژ تنظیم شده است. میکروذرات با بهبود ویژگی‌های آیرودینامیکی فرمول، به این کار کمک می‌کنند و تحویل و توزیع موثر باکتریوفاژ در ریه‌ها را سهولت می‌بخشند.

ویژگی‌های آیرودینامیکی، مهم هستند زیرا ریزذرات از طریق یک دستگاه استنشاقی تحویل داده می‌شوند که یک روش مستقیم برای رساندن باکتریوفاژها به ریه‌ها است.

کاللکار گفت: مزیت فرمول ما این است که می‌توان آن را به صورت پودر خشک تحویل داد؛ برخلاف بیشتر درمان‌های باکتریوفاژ در حال توسعه که از فرمول‌های مایع استفاده می‌کنند. اگرچه باید بررسی‌های بیشتری در مدل‌های حیوانی بزرگ‌تر و انسان‌ها انجام شود اما ما باور داریم که می‌توان از یک دستگاه استنشاق پودر خشک که یک دستگاه تجاری موجود است، برای تحویل دادن این فرمول به بیماران استفاده کرد.

گارسیا گفت: گام‌های بعدی، تایید کارآیی این فرمول برای درمان عفونت‌های باکتریایی ریه در مدل‌های حیوانی بزرگ مانند خوک‌ها است که آناتومی، بیوشیمی، فیزیولوژی، طول عمر و ژنتیک مشترکی با انسان دارند. همچنین مراحل بعدی، شامل ارزیابی اثربخشی این فرمول در برابر عفونت مزمن باکتریایی و در مدل‌های حیوانی است که اختلالات ژنتیکی مانند فیبروز کیستیک را نشان می‌دهد. اگرچه هنوز باید بررسی‌های بسیاری انجام شود اما ما در مورد دریافت این فناوری در یک محیط بالینی طی چند سال آینده خوشبین هستیم.

وی افزود: علاوه بر این، امید است که برنامه‌ها به این باکتری‌های ویژه ختم نشوند. یک جنبه هیجان‌انگیز پروژه ما این است که شاید بتوان پلتفرم مبتنی بر ریزذره را که در اینجا توضیح داده شده است، در رساندن سایر عوامل به ریه‌ها برای مبارزه با انواع عفونت‌ها و بیماری‌ها به کار برد.

این پژوهش، در مجله "Advanced Healthcare Materials" به چاپ رسید.