Wetenschappers van het California NanoSystems Institute aan de UCLA hebben een afgiftesysteem voor nanodeeltjes ontwikkeld voor het antibioticum moxifloxacine dat de effectiviteit van het medicijn tegen longtularemie enorm verbetert, een type longontsteking veroorzaakt door inademing van de bacterie Francisella tularensis.

De studie, die in het journaal verschijnt ACS Nano , laat zien hoe het nanodeeltjessysteem zich richt op de precieze cellen die door de bacteriën zijn geïnfecteerd en de hoeveelheid geneesmiddel die aan die cellen wordt afgegeven, maximaliseert.

Jeffrey Zink, onderscheiden hoogleraar scheikunde en biochemie en een senior auteur van de studie, ontwikkelde de mesoporeuze silica-nanodeeltjes die worden gebruikt voor medicijnafgifte. Zink en zijn onderzoeksteam voerden een uitgebreid proces uit om het beste deeltje voor de klus te vinden.

"De nanodeeltjes zitten vol diepe lege poriën, "Zei Zink. "We plaatsen de deeltjes 's nachts in een medicijnoplossing, het vullen van de poriën met medicijnmoleculen. Vervolgens blokkeren we de porieopeningen op het oppervlak van de nanodeeltjes met moleculen die nanovaven worden genoemd. het verzegelen van het medicijn in het nanodeeltje."

Wanneer de geneesmiddeldragende nanodeeltjes in het geïnfecteerde dier worden geïnjecteerd, in dit geval een muis, het medicijn blijft in de nanodeeltjes totdat ze hun doel bereiken:witte bloedcellen die macrofagen worden genoemd. Macrofagen nemen nanodeeltjes op in compartimenten met een zure omgeving. de nanolves, die zijn ontworpen om te openen in reactie op de meer zure omgeving, laat het medicijn dan los.

"We hebben verschillende deeltjes en nanoven getest totdat we degenen vonden die de maximale hoeveelheid medicijn zouden dragen en deze bij precies de juiste pH-waarde zouden afgeven, ' zei Zink.

De F. tularensis-bacterie is zeer besmettelijk en is door de Centers for Disease Control aangewezen als een van de beste bioterrorismemiddelen, wat betekent dat het wordt beschouwd als een hoog risico voor de nationale veiligheid en de volksgezondheid.

"F. tularensis overleeft en vermenigvuldigt zich binnen macrofagen, vooral die in de lever, milt en long, " zei Marcus Horwitz, een vooraanstaand hoogleraar geneeskunde en microbiologie, immunologie en moleculaire genetica en de andere senior auteur van de studie. "Macrofagen verslinden gemakkelijk mesoporeuze silica-nanodeeltjes, waardoor deze deeltjes ideaal zijn voor de behandeling van dit soort infecties."

Moxifloxacine is een krachtige behandeling voor tularemie, maar het heeft bijwerkingen wanneer het als een gratis medicijn in de bloedbaan wordt toegediend. De UCLA-onderzoekers werkten aan het maximaliseren van de werkzaamheid van de behandeling en het verminderen van bijwerkingen.

"Als je een medicijn vrijelijk in het bloed geeft, slechts 1 of 2 procent ervan komt waar u het wilt hebben, "zei Horwitz. "Met dit systeem, het medicijn zit in de nanodeeltjes totdat ze in macrofagen zitten, een veel grotere hoeveelheid van het medicijn rechtstreeks op de plaats van infectie afleveren."

Horwitz voegde eraan toe dat vrij stromende medicijnen worden gemetaboliseerd en uitgescheiden vanaf het moment dat ze worden toegediend, overwegende dat nanodeeltjes geneesmiddelmoleculen beschermen tegen metabolisme en uitscheiding tot na hun vrijlating in de doelcellen, nanotherapeutica potentieel zeer krachtig maken.

De studie vergeleek de werkzaamheid van vrij ingespoten moxifloxacine met die van de nanodeeltjes met gecontroleerde afgifte. Bij muizen die een zeer dodelijke dosis Francisella tularensis kregen, het door nanodeeltjes afgegeven moxifloxacine veroorzaakte weinig bijwerkingen en was effectiever in het verminderen van het aantal bacteriën in de longen dan een dosis vrij ingespoten moxifloxacine die twee tot vier keer groter was.

Het afgiftesysteem voor nanodeeltjes heeft het potentieel om de effectiviteit van antibiotica te maximaliseren en bijwerkingen bij andere infectieziekten, waaronder tuberculose, te verminderen, Q-koorts en veteranenziekte.