Sinds Covid-19 zijn we ons allemaal meer bewust geworden van de gezondheid van de longen.

Voor mensen met astma en chronische obstructieve longziekte (COPD) is het omgaan met longproblemen echter een levenslange strijd. Degenen met COPD lijden aan zeer ontstoken longweefsel dat opzwelt en de luchtwegen blokkeert, waardoor het moeilijk wordt om te ademen. De ziekte komt veel voor, met alleen al in de VS jaarlijks meer dan drie miljoen gevallen.

Hoewel beheersbaar, is er geen remedie. Eén probleem is dat de longen met COPD tonnen stroperig slijm uitpompen, wat een barrière vormt die verhindert dat behandelingen de longcellen bereiken. De slijmerige substantie trekt, wanneer deze niet wordt uitgehoest, ook bacteriën aan, waardoor de aandoening nog verergert.

Een nieuwe studie in Wetenschap Advances beschrijft een mogelijke oplossing. Wetenschappers hebben een nanodrager ontwikkeld om antibiotica naar de longen te transporteren. Net als een biologisch ruimteschip heeft de drager ‘deuren’ die opengaan en antibiotica vrijgeven in de slijmlaag om infecties te bestrijden.

De ‘deuren’ zelf zijn ook dodelijk. Ze zijn gemaakt van een klein eiwit, scheuren bacteriële membranen uit elkaar en ruimen hun DNA op om longcellen te ontdoen van chronische infecties.

Het team ontwikkelde een inhaleerbare versie van een antibioticum met behulp van de nanodrager. In een muismodel van COPD bracht de behandeling hun longcellen in slechts drie dagen weer tot leven. Het zuurstofniveau in hun bloed werd weer normaal en eerdere tekenen van longschade genas langzaam.

“Deze immunoantibacteriële strategie kan het huidige paradigma van COPD-management veranderen”, aldus het team schreef in het artikel.

Beadem me

Longen zijn uiterst kwetsbaar. Stel je dunne maar flexibele lagen cellen voor, gescheiden in lobben, om de zuurstofstroom naar het lichaam te helpen coördineren. Zodra de lucht door de luchtpijp stroomt, verspreidt deze zich snel over een complex netwerk van takken, waardoor duizenden luchtzakjes worden gevuld die het lichaam van zuurstof voorzien en tegelijkertijd koolstofdioxide verwijderen.

Deze structuren raken gemakkelijk beschadigd en roken is een veel voorkomende trigger. Sigarettenrook zorgt ervoor dat omliggende cellen een slijmerige substantie naar buiten pompen die de luchtwegen blokkeert en de luchtzakjes bedekt, waardoor het voor hen moeilijk wordt om normaal te functioneren.

Na verloop van tijd bouwt het slijm een ​​soort ‘lijm’ op die bacteriën aantrekt en condenseert tot een biofilm. De barrière blokkeert verder de zuurstofuitwisseling en verandert de omgeving van de longen in een omgeving die gunstig is voor de groei van bacteriën.

Eén manier om de neerwaartse spiraal te stoppen is door de bacteriën uit te roeien. Breedspectrumantibiotica zijn de meest gebruikte behandeling. Maar vanwege de slijmerige beschermlaag kunnen ze bacteriën diep in het longweefsel niet gemakkelijk bereiken. Erger nog, langdurige behandeling vergroot de kans op antibioticaresistentie, waardoor het nog moeilijker wordt om hardnekkige bacteriën uit te roeien.

Maar de beschermlaag heeft een zwakte: hij is gewoon een beetje te zuur. Letterlijk.

Opendeurbeleid

Net als bij een citroen is de slijmlaag iets zuurder vergeleken met gezond longweefsel. Deze gril gaf het team een ​​idee voor een ideale antibioticadrager die zijn lading alleen zou vrijgeven in een zure omgeving.

Het team maakte holle nanodeeltjes uit silica – een flexibel biomateriaal – vulde ze met een gangbaar antibioticum en voegde ‘deuren’ toe om de medicijnen vrij te geven.

Deze openingen worden gecontroleerd door extra korte eiwitsequenties die werken als ‘sloten’. In normale luchtweg- en longomgevingen vouwen ze zich op bij de deur, waardoor de antibiotica in de bel feitelijk worden vastgehouden.

De lokale zuurgraad die bij COPD in de longen vrijkomt, verandert de structuur van het sloteiwit, zodat de deuren opengaan en antibiotica direct in het slijm en de biofilm terechtkomen – waardoor in wezen de bacteriële afweer wordt doorbroken en deze op hun thuisterrein worden gericht.

Eén test met het brouwsel drong door in een in een laboratorium gekweekte biofilm in een petrischaaltje. Het was veel effectiever vergeleken met een eerder type nanodeeltje, grotendeels omdat de deuren van de drager eenmaal in de biofilm opengingen - in andere nanodeeltjes bleven de antibiotica gevangen.

De dragers zouden ook dieper in besmette gebieden kunnen graven. Cellen hebben elektrische ladingen. De drager en het slijm hebben beide negatieve ladingen, die – net als de gelijkgeladen uiteinden van twee magneten – de dragers dieper in en door de slijm- en biofilmlagen duwen.

Onderweg verandert de zuurgraad van het slijm langzaam de lading van de drager in positief, zodat zodra het voorbij de biofilm is, het “slot”-mechanisme opengaat en medicatie vrijkomt.

Het team testte ook het vermogen van het nanodeeltje om bacteriën uit te roeien. In een gerecht vernietigden ze meerdere veelvoorkomende soorten infectieuze bacteriën en vernietigden ze hun biofilms. De behandeling leek relatief veilig. Tests met menselijke foetale longcellen in een schaaltje vonden minimale tekenen van toxiciteit.

Verrassend genoeg kon de drager zelf ook bacteriën vernietigen. In een zure omgeving brak de positieve lading bacteriële membranen af. Als kapotte ballonnen lieten de insecten genetisch materiaal vrij in hun omgeving, dat de vervoerder opveegde.

Het vuur dempen

Bacteriële infecties in de longen trekken overactieve immuuncellen aan, wat leidt tot zwelling. Bloedvaten rond de luchtzakjes worden ook doorlaatbaar, waardoor gevaarlijke moleculen er gemakkelijker doorheen kunnen komen. Deze veranderingen veroorzaken ontstekingen, waardoor het moeilijk wordt om te ademen.

In een muismodel van COPD bracht de behandeling met inhaleerbare nanodeeltjes het overactieve immuunsysteem tot rust. Meerdere soorten immuuncellen keerden terug naar een gezond activeringsniveau, waardoor de muizen konden overschakelen van een zeer ontstekingsprofiel naar een profiel dat infecties en ontstekingen bestrijdt.

Muizen die met het inhaleerbare nanodeeltje werden behandeld, hadden ongeveer 98 procent minder bacteriën in hun longen, vergeleken met muizen die hetzelfde antibioticum kregen zonder de drager.

Het uitroeien van bacteriën gaf de muizen een zucht van verlichting. Ze ademden gemakkelijker. Hun bloedzuurstofniveaus gingen omhoog en de zuurgraad van het bloed – een teken van gevaarlijk laag zuurstofgehalte – werd weer normaal.

Onder de microscoop herstelden de behandelde longen de normale structuren, met stevigere luchtzakken die langzaam herstelden van COPD-schade. De behandelde muizen hadden ook minder zwelling in hun longen door vochtophoping, wat vaak voorkomt bij longletsels.

De resultaten zijn weliswaar veelbelovend, maar gelden alleen voor een rookgerelateerd COPD-model bij muizen. Er is nog steeds veel dat we niet weten over de gevolgen van de behandeling op de lange termijn.

Hoewel er voorlopig geen tekenen van bijwerkingen waren, is het mogelijk dat de nanodeeltjes zich na verloop van tijd in de longen ophopen en uiteindelijk schade veroorzaken. En hoewel de drager zelf bacteriële membranen beschadigt, is de therapie grotendeels afhankelijk van het ingekapselde antibioticum. Met resistentie tegen antibiotica Door de opkomst verliezen sommige medicijnen nu al hun effect bij COPD.

Dan bestaat de kans op mechanische schade na verloop van tijd. Het herhaaldelijk inademen van op silicium gebaseerde nanodeeltjes kan op de lange termijn longlittekens veroorzaken. Dus hoewel nanodeeltjes de strategieën voor COPD-management zouden kunnen veranderen, is het duidelijk dat we vervolgstudies nodig hebben, schreef het team.

Krediet van het beeld: kristal licht / Shutterstock.com

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2024/02/12/an-antibiotic-you-inhale-can-deliver-medication-deep-into-the-lungs/