Infecţiile cauzate de bacteriile gram-negative multi-rezistente (MDR), cum ar fi Escherichia coli MDR (E. coli), reprezintă o provocare semnificativă pentru profesioniştii din domeniul sănătăţii din întreaga lume. Lipsa de antibiotice sigure şi ratele ridicate de fatalitate asociate terapiilor antiinfecţioase i-au determinat pe cercetători să exploreze soluţii inovatoare. Oamenii de ştiinţă chinezi au făcut o descoperire revoluţionară în domeniul catalizei inteligente: tehnologia macrofagelor biomimetice pentru a combate rezistenţa la antibiotice. Conceptul este promiţător şi pentru abordarea altor boli.
Un grup de cercetare de la Universitatea Tianjin a dezvoltat o abordare de cataliză inteligentă biomimetică inspirată de proprietatea biocatalitică selectivă a macrofagelor, care se arată promiţătoare în combaterea infecţiilor cu E. coli MDR fără a afecta celulele normale.
Sistemul de cataliză inteligentă este format din două componente principale: un macrofag viu (MΦ) care acţionează ca un centru de control inteligent şi nanoparticule Fe3O4@poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) care funcţionează ca un catalizator al reacţiei Fenton.
Particulele MΦ-Fe3O4@PLGA, denumite, de asemenea, particule de cataliză inteligentă, prezintă o activitate de biocataliză selectivă împotriva E. coli MDR prin producerea de peroxid de hidrogen (H2O2) şi picături lipidice (LD).
Analiza datelor de secvenţiere ARN a arătat că acest proces activează căile metabolismului lipidic şi biosintezei, şi metabolismului glicanic.
H2O2 generat de particulele inteligente de cataliză reacţionează cu Fe3O4@PLGA pentru a forma radicali hidroxil foarte toxici (-OH), în timp ce LD-urile conţin peptide antimicrobiene care vizează în mod specific E. coli MDR.
Combinaţia de -OH şi peptide antimicrobiene combate eficient E. coli MDR, rezultând o eficienţă antibacteriană impresionantă de 99,29% ± 0,31% in vitro.
În plus, funcţia de cataliză inteligentă a particulelor MΦ-Fe3O4@PLGA rămâne intactă chiar şi după mai multe treceri, ceea ce indică eficacitatea lor pe termen lung.
Potenţialul catalizatorilor inteligenţi biomimetici se extinde dincolo de tratamentul infecţiilor cauzate de bacteriile MDR.
Conceptul este promiţător şi pentru abordarea altor boli.
Descoperirile echipei de cercetare deschid calea pentru dezvoltarea unor terapii inovatoare, care să valorifice proprietăţile macrofagelor şi ale nanoparticulelor pentru combaterea diverselor boli.
Cercetarea demonstrează potenţialul remarcabil al particulelor MΦ-Fe3O4@PLGA ca agenţi antibacterieni eficienţi şi siguri, spune Nan Zhang, editor al disciplinei de inginerie chimică, metalurgică şi a materialelor de la revista Engineering, şi-a exprimat optimismul cu privire la viitorul catalizei inteligente biomimetice.
Faptul că nanoparticulele de PLGA şi Fe3O4 au fost deja aprobate pentru utilizare la om de către autoritatea americană de reglementare, FDA, sporeşte şi mai mult perspectivele abordării sale pentru aplicaţii clinice, crede Zhang.
Deşi cercetarea prezintă posibilităţi interesante, aplicarea clinică a celulelor vii este limitată în prezent de condiţiile de cultivare.
Munca de pionierat a echipei chineze poate servi drept bază pentru explorarea şi dezvoltarea în continuare a sistemelor de cataliză inteligentă biomimetică pentru o gamă largă de boli.
Un articol care descrie această cercetare a fost publicat recent în revista Engineering.
Construcţia de particule MΦ-Fe3O4@PLGA din MΦ naturale şi Fe3O4@PLGA NPs. Particulele MΦ-Fe3O4@PLGA permit o cataliză controlată pentru uciderea E. coli MDR fără a afecta celulele normale. La etapa 1 de cataliză, particulele MΦ-Fe3O4@PLGA produc H2O2 şi picături lipidice (LD) ca răspuns la agenţii patogeni prin intermediul polarizării de tip M1 a MΦ. La etapa 2 de cataliză, LD-urile conţin peptide antimicrobiene, care ţintesc E. coli MDR. H2O2 reacţionează în continuare cu NPs Fe3O4@PLGA pentru a declanşa o reacţie Fenton care produce ROS foarte toxice. LD şi ROS ucid bacteriile intracelulare. La etapa 3 de cataliză, MΦ-Fe3O4@PLGA eliberează H2O2 în afara celulelor, care reacţionează cu NPs Fe3O4@PLGA pentru a produce ROS foarte toxice pentru a ucide E. coli MDR în micro-mediul infecţios. În cele din urmă, MΦ-Fe3O4@PLGA prezintă un efect de tratament excelent împotriva peritonitei in vivo. TBRG4: Factorul reglator 4 de creştere şi transformare/beta transforming growth factor β regulator 4; CD: antigen al clusterului de diferenţiere; ABHD1: abhydrolase domain containing 1; ABHD3: abhydrolase domain containing 3; IL-6: interleukina 6; C3: component al complementului 3; TNF-α: factor de necroză tumorală-α; CCL9: chemokine (C-C motif) ligand 9. Credit: Jieni Fu et al.
