MENU
nanosponges

Οι «νανοσπόγγοι» απορροφούν τοξίνες που απελευθερώνονται από βακτηριακές λοιμώξεις

12 Σεπτεμβρίου 2013 • Παθολογία, Υγεία

Μηχανικοί του Πανεπιστημίου του Σαν Ντιέγκο στην Καλιφόρνια εφηύραν έναν «νανοσπόγγο» που είναι ικανός να αφαιρέσει με ακρίβεια μια ευρεία κατηγορία επικίνδυνων τοξινών από την κυκλοφορία του αίματος.

Ανάμεσά τους τοξίνες που παράγονται από MRSA (Μethicillin Resistant Staphylococcus aureus, ένας χρυσίζων σταφυλόκοκκος ανθεκτικός στη μεθικιλλίνη, που είναι υπαίτιος για το 44% των θανάτων από ενδονοσοκομειακές λοιμώξεις), Ε. coli (Escherichia coli, εντεροαιμορραγικό βακτηρίδιο), δηλητηριώδη φίδια και μέλισσες.

Αυτοί οι νανοσπόγγοι που μέχρι στιγμής έχουν μελετηθεί μόνο σε ποντικούς, μπορούν να εξουδετερώσουν το σχηματισμό πόρων από τοξίνες που καταστρέφουν τα κύτταρα σκαλίζοντας τρύπες στις κυτταρικές μεμβράνες. Σε αντίθεση με άλλες αντι-τοξινικές πλατφόρμες που πρέπει να είναι προσαρμοσμένες ατομικά σε κάθε τύπο τοξίνης, οι νανοσπόγγοι μπορούν να απορροφήσουν διαφορετικούς σχηματισμούς πόρων, ανεξάρτητα από τη μοριακή τους δομή. Σε μια μελέτη για την τοξίνη α-αιμολυσίνη προερχόμενη από MRSA, o προ-εμβολιασμός με νανοσπόγγους επέτρεψε στο 89% των εμβολιασμένων ποντικών να επιζήσουν από θανατηφόρες δόσεις. Η χορήγηση νανοσπόγγων μετά από θανατηφόρο δόση οδήγησε σε 44% επιβίωση.

Η επιστημονική ομάδα, καθοδηγούμενη από νανομηχανικούς της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου του Σαν Ντιέγκο δημοσίευσε τα αποτελέσματα της μελέτης στο περιοδικό Nature Nanotechnology.

«Αυτός είναι ένας νέος τρόπος να απομακρύνουμε τις τοξίνες από το αίμα», είπε ο Λιανγκφάνγκ Ζανγκ, καθηγητής της Νανομηχανικής στο Σαν Ντιέγκο και επικεφαλής της μελέτης. «Αντί να δημιουργήσουμε ειδικές θεραπείες για κάθε ατομική τοξίνη, αναπτύξαμε μια πλατφόρμα που μπορεί να εξουδετερώσει τοξίνες που προκαλούνται από μια ευρεία κλίμακα παθογενειών, συμπεριλαμβανομένου του MRSA και άλλων βακτηριδίων ανθεκτικών στα αντιβιοτικά», δήλωσε ο  Ζανγκ.

Η μελέτη θα μπορούσε να οδηγήσει σε μη κατηγοριοποιημένες ειδικές θεραπείες για δάγκωμα από δηλητηριώδη φίδια και τσιμπήματα μελισσών, που θα είναι διαθέσιμες για όποτε τις χρειάζονται, τόσο οι πάροχοι υγιειονομικής περίθαλψης, όσο και άτομα που βρίσκονται σε κίνδυνο.

Οι ερευνητές στοχεύουν να «μεταφράσουν» αυτή τη δουλειά σε εγκεκριμένες θεραπείες. «Μία από τις πρώτες εφαρμογές που επιδιώκουμε θα είναι να δημιουργήσουμε μια αντι-τοξική θεραπεία για το MRSA. Αυτός είναι και ο λόγος που μελετήσαμε τις πιο παθογόνες τοξίνες που προέρχονται από το MRSA στα πειράματά μας», λέει ο «Τζακ» Τσε Μινγκ Χου, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης. Ο Χου είναι μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Ζανγκ και πήρε το διδακτορικό του στη σχολή Βιομηχανολογίας στο Σαν Ντιέγκο το 2011. Τμήματα της εργασίας αυτής παρουσιάστηκαν στην Ερευνητική Εκθεση, την ετήσια έκθεση  των μεταπτυχιακών φοιτητών έρευνας και δικτύωσης στην Πολυτεχνική Σχολή του Πανεπιστημίου του Σαν Ντιέγκο.

Νανοσπόγγοι και Ομοιώματα

Σε μια προσπάθεια να αποφύγουν το ανοσοποιητικό σύστημα και να παραμείνουν στην κυκλοφορία του αίματος, οι νανοσπόγγοι τυλίγονται σε μεμβράνες των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Αυτή η τεχνολογία κάλυψης των νανοσπόγγων  με ερυθρά αιμοσφαίρια αναπτύχθηκε στο εργαστήριο του Λιανγκφάνγκ. Οι ερευνητές προηγουμένως επέδειξαν πώς τα νανοσωματίδια, μεταμορφωμένα σε ερυθρά αιμοσφαίρια, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να μεταφέρουν αντικαρκινικά φάρμακα απευθείας στον καρκινικό όγκο. Ο Ζανγκ έχει ήδη ένα ραντεβού με τους υπεύθυνους του Αντικαρκινικού Κέντρου Μουρ στο Σαν Ντιέγκο, για να συζητήσουν αυτό το θέμα.

Τα ερυθρά αιμοσφαίρια είναι ένας από τους πρώτους στόχους του σχηματισμού πόρων τοξινών. Οταν ένα γκρουπ από τοξίνες τρυπήσουν το ίδιο κύτταρο, σχηματίζουν έναν πόρο, αποσυντονίζουν την ορμή των ιόντων και το κύτταρο πεθαίνει. Οι νανοσπόγγοι μοιάζουν με ερυθρά αιμοσφαίρια και έτσι λειτουργούν ως ομοιώματά τους, συλλέγοντας τις τοξίνες. Οι νανοσπόγγοι απορροφούν τις βλαβερές τοξίνες και τις εκτρέπουν μακριά από τους κυτταρικούς τους στόχους. Η ζωή των νανοσπόγγων στα πειράματα των ερευνητών στους ποντικούς είχαν ζωή 40 ωρών. Στο τέλος, το ήπαρ μεταβολίζει με ασφάλεια, τόσο τους νανοσπόγγους, όσο και τις απομονωμένες τοξίνες, με το ίδιο να μην έχει υποστεί καμία εμφανή βλάβη.

Κάθε νανοσπόγγος έχει διάμετρο περίπου 85 νανόμετρα και είναι κατασκευασμένος από βιοσυμβατό πολυμερή πυρήνα τυλιγμένο σε τμήματα μεμβρανών των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Η ομάδα του Ζανγκ διαχώρισε ερυθρά αιμοσφαίρια από ένα μικρό δείγμα αίματος, με τη μέθοδο της φυγοκέντρησης και στη συνέχεια τοποθέτησε τα κύτταρα σε ένα διάλυμα που τους προκαλεί διόγκωση με αποτέλεσμα να εκραγούν και να απελευθερώσουν αιμοσφαιρίνη, αφήνοντας πίσω τους τον φλοιό των RBC (αριθμός ερυθρών αιμοσφαιρίων). Στη συνέχεια, αυτός ο φλοιός ανακατεύεται με στρογγυλά νανοσωματίδια μέχρις ότου σχηματιστεί ένας μανδύας από μεμβράνη ερυθρών αιμοσφαιρίων. Μία μόλις μεμβράνη ερυθρών αιμοσφαιρίων μπορεί να δημιουργήσει χιλιάδες νανοσπόγγους που είναι 3.000 φορές μικρότεροι από ένα ερυθρό αιμοσφαίριο. Με μία μόλις δόση αυτός ο «στρατός» των νανοσπόγγων πλημμυρίζει το αίμα υπερτερώντας των ερυθρών αιμοσφαιρίων και αναχαιτίζοντας τις τοξίνες.

Με βάση πειράματα που έχουν γίνει σε δοκιμαστικό σωλήνα, ο αριθμός των τοξινών που μπορεί ο κάθε νανοσπόγγος να απορροφήσει, εξαρτάται από την τοξίνη. Για παράδειγμα μπορεί να απορροφήσει περίπου 85 α-αιμολυσίνες που παράγονται από το MRSA, 30 στρεπτολυσίνες-Ο και 850 μονομερή μελιτίνης, που αποτελούν μέρος του δηλητηρίου της μέλισσας. Στα ποντίκια η ταυτόχρονη χορήγηση νανοσπόγγων και τοξίνης α-αιμολυσίνη σε αναλογία τοξίνης – νανοσπόγγου 70:1  εξουδετέρωσε τις τοξίνες και δεν προκάλεσε καμία διακριτή βλάβη.

Σχετικά άρθρα

Σχολιάστε

Η ηλ. διεύθυνσή σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

« »