Свет, убивающий бактерии. Учёные создают альтернативу антибиотикам

17
декабря
2020

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

Нулевая сопротивляемость

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.

Чего боятся бактерии?

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.

Да будет свет

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.

Источник: РИА Новости

201