เราทุกคนตระหนักรู้ถึงสุขภาพปอดมากขึ้นตั้งแต่ช่วงโควิด-19

อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้ที่เป็นโรคหอบหืดและโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง (COPD) การจัดการกับปัญหาเกี่ยวกับปอดถือเป็นการต่อสู้ตลอดชีวิต ผู้ที่เป็นโรคปอดอุดกั้นเรื้อรังจะต้องทนทุกข์ทรมานจากเนื้อเยื่อปอดที่อักเสบอย่างมากซึ่งจะบวมและอุดตันทางเดินหายใจ ทำให้หายใจลำบาก โรคนี้เป็นเรื่องปกติ โดยมีผู้ป่วยมากกว่าสามล้านรายต่อปีในสหรัฐอเมริกาเพียงแห่งเดียว

แม้จะรักษาได้แต่ก็ไม่มีทางรักษาได้ ปัญหาหนึ่งคือปอดที่เป็นโรคปอดอุดกั้นเรื้อรังจะสูบน้ำมูกที่มีความหนืดออกมาจำนวนมาก ซึ่งเป็นอุปสรรคขัดขวางการรักษาไม่ให้เข้าถึงเซลล์ปอด สารที่เป็นเมือกเมื่อไม่ไอออกมาจะดึงดูดแบคทีเรียด้วย และทำให้อาการแย่ลงไปอีก

การศึกษาใหม่ in วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า อธิบายวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนานาโนแคริเออร์เพื่อส่งยาปฏิชีวนะเข้าสู่ปอด เช่นเดียวกับยานอวกาศชีวภาพ ผู้ให้บริการมี "ประตู" ที่เปิดและปล่อยยาปฏิชีวนะภายในชั้นเมือกเพื่อต่อสู้กับการติดเชื้อ

“ประตู” เองก็เป็นอันตรายเช่นกัน พวกมันสร้างจากโปรตีนขนาดเล็ก โดยแยกเยื่อหุ้มแบคทีเรียออกจากกัน และทำความสะอาด DNA ของพวกมันเพื่อกำจัดเซลล์ปอดของการติดเชื้อเรื้อรัง

ทีมงานได้ออกแบบยาปฏิชีวนะในรูปแบบที่สามารถสูดดมได้โดยใช้นาโนแคริเออร์ ในรูปแบบเมาส์ของโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง การรักษาจะฟื้นฟูเซลล์ปอดของพวกเขาในเวลาเพียงสามวัน ระดับออกซิเจนในเลือดของพวกเขากลับมาเป็นปกติ และสัญญาณความเสียหายของปอดก่อนหน้านี้จะค่อยๆ หายเป็นปกติ

"กลยุทธ์ภูมิคุ้มกันต้านเชื้อแบคทีเรียนี้อาจเปลี่ยนกระบวนทัศน์ปัจจุบันของการจัดการโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง" ทีมงาน เขียน ในบทความ

หายใจฉัน

ปอดมีความละเอียดอ่อนมาก ลองนึกภาพชั้นเซลล์บางๆ แต่ยืดหยุ่นที่แยกออกเป็นกลีบเพื่อช่วยประสานการไหลของออกซิเจนเข้าสู่ร่างกาย เมื่ออากาศไหลผ่านหลอดลม มันจะกระจายอย่างรวดเร็วไปตามกิ่งก้านที่ซับซ้อน เติมเต็มถุงลมหลายพันถุงที่จ่ายออกซิเจนให้กับร่างกายในขณะที่กำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

โครงสร้างเหล่านี้เสียหายได้ง่าย และการสูบบุหรี่เป็นสาเหตุที่พบบ่อย ควันบุหรี่ทำให้เซลล์รอบๆ สูบเอาสารที่เป็นเมือกที่ขัดขวางทางเดินหายใจและเคลือบถุงลม ซึ่งทำให้เซลล์ทำงานได้ตามปกติได้ยาก

เมื่อเวลาผ่านไป เมือกจะสร้าง “กาว” ขึ้นมาเพื่อดึงดูดแบคทีเรียและควบแน่นเป็นแผ่นชีวะ สิ่งกีดขวางยังขัดขวางการแลกเปลี่ยนออกซิเจนและเปลี่ยนสภาพแวดล้อมของปอดให้เป็นหนึ่งซึ่งเอื้อต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย

วิธีหนึ่งในการหยุดเกลียวด้านล่างคือกำจัดแบคทีเรีย ยาปฏิชีวนะในวงกว้างเป็นวิธีการรักษาที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่เนื่องจากชั้นป้องกันที่ลื่นไหล จึงไม่สามารถเข้าถึงแบคทีเรียที่อยู่ลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อปอดได้ง่าย ที่แย่กว่านั้นคือการรักษาระยะยาวจะเพิ่มโอกาสเกิดการดื้อยาปฏิชีวนะ ทำให้ยากต่อการขจัดแบคทีเรียที่ดื้อรั้นออกไป

แต่ชั้นป้องกันมีจุดอ่อน: มันเปรี้ยวเกินไปนิดหน่อย อย่างแท้จริง.

นโยบายเปิดประตู

เช่นเดียวกับมะนาว ชั้นที่เป็นเมือกจะมีสภาพเป็นกรดมากกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเนื้อเยื่อปอดที่มีสุขภาพดี นิสัยแปลกๆ นี้ทำให้ทีมมีแนวคิดเกี่ยวกับตัวพายาปฏิชีวนะในอุดมคติที่จะปล่อยน้ำหนักบรรทุกออกมาในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดเท่านั้น

ทีมงานสร้างอนุภาคนาโนกลวงจากซิลิกา ซึ่งเป็นวัสดุชีวภาพที่ยืดหยุ่น โดยเติมยาปฏิชีวนะทั่วไป และเพิ่ม "ประตู" เพื่อปล่อยยา

ช่องเปิดเหล่านี้ถูกควบคุมโดยลำดับโปรตีนสั้นเพิ่มเติมที่ทำงานเหมือนกับ "ล็อค" ในสภาพแวดล้อมทางเดินหายใจและปอดปกติ พวกมันจะพับตัวอยู่ที่ประตู เพื่อแยกยาปฏิชีวนะออกจากฟอง

ความเป็นกรดในท้องถิ่นที่ปล่อยออกมาในปอดด้วยโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง จะทำให้โครงสร้างของล็อคโปรตีนเปลี่ยนแปลง ดังนั้นประตูจึงเปิดและปล่อยยาปฏิชีวนะโดยตรงไปยังเมือกและแผ่นชีวะ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะทะลุผ่านการป้องกันของแบคทีเรียและมุ่งเป้าไปที่สนามหญ้าในบ้าน

การทดสอบครั้งหนึ่งที่มีการผสมจะเจาะแผ่นชีวะที่ปลูกในห้องแล็บในจานเพาะเชื้อ มันมีประสิทธิภาพมากกว่ามากเมื่อเทียบกับอนุภาคนาโนชนิดก่อนหน้า เนื่องจากส่วนใหญ่ประตูของพาหะเปิดออกทันทีที่อยู่ภายในแผ่นชีวะ—ในอนุภาคนาโนอื่นๆ ยาปฏิชีวนะยังคงติดอยู่

พาหะยังสามารถเจาะลึกเข้าไปในพื้นที่ที่ติดเชื้อได้ เซลล์มีประจุไฟฟ้า ตัวพาและเมือกต่างก็มีประจุเป็นลบ ซึ่งเหมือนกับปลายแม่เหล็กทั้งสองที่มีประจุคล้ายกัน ดันตัวพาให้ลึกเข้าไปในและผ่านชั้นเมือกและฟิล์มชีวะ

ระหว่างทาง ความเป็นกรดของเมือกจะค่อยๆ เปลี่ยนประจุของพาหะไปเป็นค่าบวก ดังนั้นเมื่อผ่านแผ่นชีวะไปแล้ว กลไก "ล็อค" จะเปิดและปล่อยยาออกมา

ทีมงานยังได้ทดสอบความสามารถของอนุภาคนาโนในการกำจัดแบคทีเรีย ในจานหนึ่ง พวกมันจะกำจัดแบคทีเรียติดเชื้อทั่วไปหลายประเภทและทำลายแผ่นชีวะของพวกมัน การรักษาดูค่อนข้างปลอดภัย การทดสอบเซลล์ปอดของทารกในครรภ์ในจานพบว่ามีความเป็นพิษเพียงเล็กน้อย

น่าแปลกที่ตัวพาหะสามารถทำลายแบคทีเรียได้เช่นกัน ภายในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ประจุบวกของมันจะสลายเยื่อหุ้มแบคทีเรีย เช่นเดียวกับลูกโป่งที่แตก ตัวแมลงปล่อยสารพันธุกรรมออกสู่สิ่งแวดล้อม ซึ่งพาหะจะพัดกวาดไป

ดับไฟ

การติดเชื้อแบคทีเรียในปอดจะดึงดูดเซลล์ภูมิคุ้มกันที่ทำงานมากเกินไป ซึ่งทำให้เกิดอาการบวม หลอดเลือดที่อยู่รอบถุงลมก็สามารถซึมผ่านได้ ทำให้โมเลกุลที่เป็นอันตรายทะลุผ่านได้ง่ายขึ้น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ทำให้เกิดการอักเสบทำให้หายใจลำบาก

ในแบบจำลองเมาส์ของโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง การรักษาด้วยอนุภาคนาโนที่สูดดมเข้าไปได้ทำให้ระบบภูมิคุ้มกันที่โอ้อวดเงียบลง เซลล์ภูมิคุ้มกันหลายประเภทกลับสู่ระดับการกระตุ้นที่ดี ทำให้หนูสามารถเปลี่ยนจากรูปแบบที่มีการอักเสบสูงไปเป็นเซลล์ที่ต่อสู้กับการติดเชื้อและการอักเสบ

หนูที่ได้รับการรักษาด้วยอนุภาคนาโนที่สามารถสูดดมได้จะมีแบคทีเรียในปอดน้อยกว่าประมาณ 98 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับหนูที่ได้รับยาปฏิชีวนะชนิดเดียวกันโดยไม่มีพาหะ

การกำจัดแบคทีเรียทำให้พวกหนูถอนหายใจโล่งอก พวกเขาหายใจได้สะดวกขึ้น ระดับออกซิเจนในเลือดของพวกเขาเพิ่มขึ้น และความเป็นกรดของเลือดซึ่งเป็นสัญญาณของออกซิเจนต่ำจนเป็นอันตรายกลับคืนสู่ภาวะปกติ

ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ ปอดที่ได้รับการบำบัดจะฟื้นฟูโครงสร้างปกติ โดยมีถุงลมที่แข็งแรงขึ้น ซึ่งจะค่อยๆ ฟื้นตัวจากความเสียหายจากปอดอุดกั้นเรื้อรัง หนูที่ได้รับการรักษายังมีอาการบวมในปอดน้อยลงจากการสะสมของของเหลวซึ่งมักพบในการบาดเจ็บของปอด

ผลลัพธ์ที่ได้มีแนวโน้มดีสำหรับโมเดล COPD ที่เกี่ยวข้องกับการสูบบุหรี่ในหนูเท่านั้น ยังมีอะไรอีกมากที่เราไม่รู้เกี่ยวกับผลที่ตามมาในระยะยาวของการรักษา

แม้ว่าขณะนี้ยังไม่มีสัญญาณของผลข้างเคียง แต่ก็เป็นไปได้ที่อนุภาคนาโนอาจสะสมภายในปอดเมื่อเวลาผ่านไปทำให้เกิดความเสียหายในที่สุด แม้ว่าตัวพาหะจะทำลายเยื่อหุ้มแบคทีเรีย แต่การบำบัดส่วนใหญ่อาศัยยาปฏิชีวนะแบบห่อหุ้ม กับ ความต้านทานยาปฏิชีวนะ ยาบางชนิดกำลังสูญเสียผลต่อโรคปอดอุดกั้นเรื้อรังเพิ่มมากขึ้น

จากนั้นก็มีโอกาสที่จะเกิดความเสียหายทางกลไกเมื่อเวลาผ่านไป การสูดอนุภาคนาโนที่มีซิลิคอนเข้าไปซ้ำๆ อาจทำให้เกิดแผลเป็นในปอดได้ในระยะยาว ดังนั้นในขณะที่อนุภาคนาโนสามารถเปลี่ยนกลยุทธ์ในการจัดการโรคปอดอุดกั้นเรื้อรังได้ แต่ก็ชัดเจนว่าเราต้องการการศึกษาติดตามผล

เครดิตภาพ: แสงคริสตัล / Shutterstock.com

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://singularityhub.com/2024/02/12/an-antibiotic-you-inhale-can-deliver-medication-deep-into-the-lungs/