Όλοι γνωρίζουμε περισσότερο την υγεία των πνευμόνων από τον Covid-19.

Ωστόσο, για τα άτομα με άσθμα και χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια (ΧΑΠ), η αντιμετώπιση των προβλημάτων των πνευμόνων είναι μια δια βίου μάχη. Όσοι πάσχουν από ΧΑΠ υποφέρουν από έντονη φλεγμονή του πνευμονικού ιστού που διογκώνεται και εμποδίζει τους αεραγωγούς, καθιστώντας δύσκολη την αναπνοή. Η ασθένεια είναι κοινή, με περισσότερα από τρία εκατομμύρια κρούσματα ετησίως μόνο στις ΗΠΑ.

Αν και διαχειρίσιμο, δεν υπάρχει θεραπεία. Ένα πρόβλημα είναι ότι οι πνεύμονες με ΧΑΠ αντλούν τόνους παχύρρευστης βλέννας, η οποία σχηματίζει ένα φράγμα που εμποδίζει τις θεραπείες να φτάσουν στα κύτταρα των πνευμόνων. Η γλοιώδης ουσία - όταν δεν βήχει - προσελκύει επίσης βακτήρια, επιδεινώνοντας περαιτέρω την κατάσταση.

Μια νέα μελέτη in Προκαταβολές Επιστήμη περιγράφει μια πιθανή λύση. Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει έναν νανοφορέα για τη μεταφορά αντιβιοτικών στους πνεύμονες. Όπως ένα βιολογικό διαστημόπλοιο, ο μεταφορέας έχει «πόρτες» που ανοίγουν και απελευθερώνουν αντιβιοτικά μέσα στο στρώμα της βλέννας για την καταπολέμηση των λοιμώξεων.

Οι ίδιες οι «πόρτες» είναι επίσης θανατηφόρες. Φτιαγμένα από μια μικρή πρωτεΐνη, σχίζουν βακτηριακές μεμβράνες και καθαρίζουν το DNA τους για να απαλλάξουν τα κύτταρα των πνευμόνων από χρόνια μόλυνση.

Η ομάδα κατασκεύασε μια εισπνεόμενη εκδοχή ενός αντιβιοτικού χρησιμοποιώντας τον νανοφορέα. Σε ένα μοντέλο ποντικού ΧΑΠ, η θεραπεία αναβίωσε τα πνευμονικά τους κύτταρα σε μόλις τρεις ημέρες. Τα επίπεδα οξυγόνου στο αίμα τους επέστρεψαν στο φυσιολογικό και προηγούμενα σημάδια πνευμονικής βλάβης σιγά-σιγά επουλώθηκαν.

«Αυτή η ανοσοαντιβακτηριακή στρατηγική μπορεί να αλλάξει το σημερινό παράδειγμα διαχείρισης της ΧΑΠ», η ομάδα Έγραψε στο άρθρο.

Αναπνεύστε Με

Οι πνεύμονες είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι. Φανταστείτε λεπτά αλλά εύκαμπτα στρώματα κυττάρων που χωρίζονται σε λοβούς για να βοηθήσουν στο συντονισμό της ροής οξυγόνου στο σώμα. Μόλις ο αέρας ρέει μέσα από την τραχεία, διασκορπίζεται γρήγορα σε ένα πολύπλοκο δίκτυο κλαδιών, γεμίζοντας χιλιάδες αερόσακους που τροφοδοτούν το σώμα με οξυγόνο ενώ το απαλλάσσουν από το διοξείδιο του άνθρακα.

Αυτές οι δομές καταστρέφονται εύκολα και το κάπνισμα είναι ένα κοινό έναυσμα. Ο καπνός του τσιγάρου αναγκάζει τα γύρω κύτταρα να αντλήσουν μια γλοιώδη ουσία που εμποδίζει τον αεραγωγό και καλύπτει τους αερόσακους, δυσκολεύοντας την κανονική λειτουργία τους.

Με τον καιρό, η βλέννα δημιουργεί ένα είδος «κόλλας» που προσελκύει βακτήρια και συμπυκνώνεται σε ένα βιοφίλμ. Το φράγμα μπλοκάρει περαιτέρω την ανταλλαγή οξυγόνου και αλλάζει το περιβάλλον του πνεύμονα σε ένα ευνοϊκό για την ανάπτυξη βακτηρίων.

Ένας τρόπος για να σταματήσετε την καθοδική σπείρα είναι να εξαφανίσετε τα βακτήρια. Τα αντιβιοτικά ευρέος φάσματος είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη θεραπεία. Αλλά λόγω του γλοιώδους προστατευτικού στρώματος, δεν μπορούν εύκολα να φτάσουν τα βακτήρια βαθιά μέσα στους ιστούς των πνευμόνων. Ακόμη χειρότερα, η μακροχρόνια θεραπεία αυξάνει την πιθανότητα ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά, καθιστώντας ακόμη πιο δύσκολη την εξάλειψη των επίμονων βακτηρίων.

Αλλά το προστατευτικό στρώμα έχει μια αδυναμία: είναι λίγο πολύ ξινό. Κυριολεκτικά.

Πολιτική ανοιχτής πόρτας

Όπως το λεμόνι, το γλοιώδες στρώμα είναι ελαφρώς πιο όξινο σε σύγκριση με τον υγιή πνευμονικό ιστό. Αυτή η ιδιορρυθμία έδωσε στην ομάδα μια ιδέα για έναν ιδανικό φορέα αντιβιοτικών που θα απελευθερώνει το ωφέλιμο φορτίο του μόνο σε όξινο περιβάλλον.

Η ομάδα έφτιαξε κούφια νανοσωματίδια από πυρίτιο - ένα εύκαμπτο βιοϋλικό - τα γέμισε με ένα κοινό αντιβιοτικό και πρόσθεσε «πόρτες» για να απελευθερώσει τα φάρμακα.

Αυτά τα ανοίγματα ελέγχονται από πρόσθετες σύντομες αλληλουχίες πρωτεϊνών που λειτουργούν σαν «κλειδαριές». Σε κανονικά περιβάλλοντα αεραγωγών και πνευμόνων, αναδιπλώνονται στην πόρτα, ουσιαστικά απομονώνοντας τα αντιβιοτικά μέσα στη φυσαλίδα.

Απελευθερώνεται στους πνεύμονες με ΧΑΠ, η τοπική οξύτητα αλλάζει τη δομή της πρωτεΐνης κλειδαριάς, έτσι οι πόρτες ανοίγουν και απελευθερώνουν αντιβιοτικά απευθείας στη βλέννα και το βιοφίλμ - ουσιαστικά διαπερνούν τις βακτηριακές άμυνες και τα στοχεύουν στον χλοοτάπητα του σπιτιού τους.

Μια δοκιμή με το παρασκεύασμα διείσδυσε σε ένα εργαστηριακό βιοφίλμ σε ένα τρυβλίο Petri. Ήταν πολύ πιο αποτελεσματικό σε σύγκριση με έναν προηγούμενο τύπο νανοσωματιδίων, κυρίως επειδή οι πόρτες του φορέα άνοιξαν μια φορά μέσα στο βιοφίλμ - σε άλλα νανοσωματίδια, τα αντιβιοτικά παρέμειναν παγιδευμένα.

Οι φορείς θα μπορούσαν επίσης να σκάψουν βαθύτερα σε μολυσμένες περιοχές. Τα κύτταρα έχουν ηλεκτρικά φορτία. Ο φορέας και η βλέννα έχουν και τα δύο αρνητικά φορτία, τα οποία -όπως τα παρόμοια φορτισμένα άκρα δύο μαγνητών- σπρώχνουν τους φορείς βαθύτερα μέσα και μέσα από τα στρώματα βλέννας και βιοφίλμ.

Στην πορεία, η οξύτητα της βλέννας αλλάζει αργά το φορτίο του φορέα σε θετικό, έτσι ώστε μόλις περάσει το βιοφίλμ, ο μηχανισμός «κλειδώματος» ανοίγει και απελευθερώνει το φάρμακο.

Η ομάδα εξέτασε επίσης την ικανότητα του νανοσωματιδίου να εξαλείφει τα βακτήρια. Σε ένα πιάτο, εξαφάνισαν πολλούς κοινούς τύπους μολυσματικών βακτηρίων και κατέστρεψαν τα βιοφίλμ τους. Η θεραπεία φάνηκε σχετικά ασφαλής. Δοκιμές σε ανθρώπινα εμβρυϊκά πνευμονικά κύτταρα σε ένα πιάτο βρήκαν ελάχιστα σημάδια τοξικότητας.

Παραδόξως, ο ίδιος ο φορέας θα μπορούσε επίσης να καταστρέψει τα βακτήρια. Μέσα σε ένα όξινο περιβάλλον, το θετικό του φορτίο διέλυσε τις βακτηριακές μεμβράνες. Σαν σκασμένα μπαλόνια, τα ζωύφια απελευθέρωσαν γενετικό υλικό στο περιβάλλον τους, το οποίο παρέσυρε ο φορέας.

Απόσβεση της Φωτιάς

Οι βακτηριακές λοιμώξεις στους πνεύμονες προσελκύουν υπερδραστήρια ανοσοκύτταρα, γεγονός που οδηγεί σε πρήξιμο. Τα αιμοφόρα αγγεία που περιβάλλουν τους αερόσακους γίνονται επίσης διαπερατά, καθιστώντας ευκολότερη τη διέλευση επικίνδυνων μορίων. Αυτές οι αλλαγές προκαλούν φλεγμονή, δυσκολεύοντας την αναπνοή.

Σε ένα μοντέλο ποντικιού ΧΑΠ, η θεραπεία με εισπνεόμενα νανοσωματίδια ηρεμούσε το υπερδραστήριο ανοσοποιητικό σύστημα. Πολλαπλοί τύποι ανοσοκυττάρων επέστρεψαν σε ένα υγιές επίπεδο ενεργοποίησης - επιτρέποντας στα ποντίκια να μεταβούν από ένα προφίλ υψηλής φλεγμονής σε ένα προφίλ που καταπολεμά τις λοιμώξεις και τις φλεγμονές.

Τα ποντίκια που έλαβαν θεραπεία με το εισπνεόμενο νανοσωματίδιο είχαν περίπου 98 τοις εκατό λιγότερα βακτήρια στους πνεύμονές τους, σε σύγκριση με εκείνα που έλαβαν το ίδιο αντιβιοτικό χωρίς τον φορέα.

Η εξάλειψη των βακτηρίων έδωσε στα ποντίκια έναν αναστεναγμό ανακούφισης. Ανέπνευσαν πιο εύκολα. Τα επίπεδα οξυγόνου στο αίμα τους ανέβηκαν και η οξύτητα του αίματος - ένδειξη επικίνδυνα χαμηλού οξυγόνου - επέστρεψε στο φυσιολογικό.

Κάτω από το μικροσκόπιο, οι πνεύμονες που υποβλήθηκαν σε θεραπεία αποκατέστησαν τις φυσιολογικές δομές, με πιο ανθεκτικούς σάκους αέρα που ανακάμπτουν αργά από τη βλάβη της ΧΑΠ. Τα ποντίκια που υποβλήθηκαν σε θεραπεία είχαν επίσης λιγότερο πρήξιμο στους πνεύμονές τους από τη συσσώρευση υγρού που παρατηρείται συνήθως σε τραυματισμούς των πνευμόνων.

Τα αποτελέσματα, αν και ελπιδοφόρα, είναι μόνο για ένα μοντέλο ΧΑΠ που σχετίζεται με το κάπνισμα σε ποντίκια. Υπάρχουν ακόμη πολλά που δεν γνωρίζουμε για τις μακροπρόθεσμες συνέπειες της θεραπείας.

Αν και προς το παρόν δεν υπήρχαν ενδείξεις παρενεργειών, είναι πιθανό τα νανοσωματίδια να συσσωρεύονται μέσα στους πνεύμονες με την πάροδο του χρόνου προκαλώντας τελικά βλάβη. Και παρόλο που ο ίδιος ο φορέας καταστρέφει τις βακτηριακές μεμβράνες, η θεραπεία βασίζεται κυρίως στο ενθυλακωμένο αντιβιοτικό. Με αντοχή στα αντιβιοτικά σε άνοδο, ορισμένα φάρμακα ήδη χάνουν την επίδραση τους για τη ΧΑΠ.

Στη συνέχεια, υπάρχει η πιθανότητα μηχανικής βλάβης με την πάροδο του χρόνου. Η επανειλημμένη εισπνοή νανοσωματιδίων με βάση το πυρίτιο θα μπορούσε να προκαλέσει ουλές στους πνεύμονες μακροπρόθεσμα. Έτσι, ενώ τα νανοσωματίδια θα μπορούσαν να αλλάξουν τις στρατηγικές για τη διαχείριση της ΧΑΠ, είναι σαφές ότι χρειαζόμαστε μελέτες παρακολούθησης, έγραψε η ομάδα.

Image Credit: κρυστάλλινο φως / Shutterstock.com

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2024/02/12/an-antibiotic-you-inhale-can-deliver-medication-deep-into-the-lungs/