Självorganiserande peptid-nanofibriller skapade för att bekämpa intracellulära bakterieinfektioner

Forskare har utvecklat en ny typ av självorganiserande peptid-nanofibriller med unika egenskaper som gör att de effektivt kan förstöra intracellulära patogena bakterier. Resultaten av denna viktiga studie publiceras i tidskriften Science Advances.

Vad är kärnan i det nya tillvägagångssättet?

Intracellulära bakterier utgör en allvarlig medicinsk utmaning eftersom de gömmer sig från immunsystemet och ofta är resistenta mot traditionella antibiotika. För att övervinna dessa utmaningar utvecklade en grupp forskare under ledning av Dr. W. Yu peptidmolekyler som kan självbilda till stabila nanofibriller och som har uttalad antimikrobiell aktivitet.

Peptiderna utformades noggrant med en specifik balans av hydrofoba och hydrofila aminosyrarester. Det är denna design som gör att de spontant kan bilda fibrösa strukturer som kallas nanofibriller. Dessa strukturer är stabila i biologiska miljöer och resistenta mot enzymatisk nedbrytning, vilket avsevärt ökar deras terapeutiska potential.

Verkningsmekanism för nanofibriller

Forskarna visade att självorganiserande nanofibriller:

1. De penetrerar effektivt infekterade celler och kringgår cellulära barriärer, tack vare en optimerad kombination av laddade och hydrofoba aminosyror.
2. De når det intracellulära utrymmet där bakteriella patogener, inklusive resistenta stammar, finns.
3. De stör bakteriemembranens integritet, vilket leder till deras snabba död.

En viktig egenskap hos de nya nanofibrillerna är att de har uttalad aktivitet inuti infekterade celler, medan konventionella antibiotika har svårt att nå sådana bakterier och är mindre effektiva.

Forskningsdetaljer och resultat

Experimenten utfördes på cellkulturer infekterade med intracellulära bakteriepatogener (t.ex. Listeria monocytogenes). Testerna visade:

• Hög antimikrobiell effekt av nya peptider mot intracellulära patogener.
• Minimal toxicitet för värdceller, vilket visar deras säkerhet för potentiell användning.
• Resistens mot nedbrytning av kroppens enzymer, vilket möjliggör användning av nanofibriller i form av terapeutiska läkemedel med långvarig effekt.

Ytterligare studier med elektronmikroskopi bekräftade bildandet av nanofibriller, och biokemiska analyser visade att dessa strukturer är stabila och har stabila fysikalisk-kemiska egenskaper.

Praktisk betydelse av upptäckten

De utvecklade nanofibrillerna representerar ett lovande alternativ till traditionella antibiotika, särskilt i kampen mot svårbehandlade infektioner. De kan användas:

• För behandling av intracellulära infektioner, inklusive resistenta bakteriestammar mot vilka många antibiotika är ineffektiva.
• Som grund för tillförsel av andra läkemedel till celler, på grund av deras förmåga att penetrera cellmembran.
• Som en del av komplexbehandling för allvarliga infektionssjukdomar som tuberkulos, brucellos, salmonellos och andra sjukdomar orsakade av intracellulära patogener.

Denna metod kan också anpassas för att skapa nya material och beläggningar med antimikrobiella egenskaper för att förebygga sjukhusinfektioner.

Framtidsplaner och utsikter

I framtiden planerar forskarna att fortsätta testa på djurmodeller för att bekräfta nanofibrillernas effektivitet och säkerhet i levande organismer. Dessutom pågår arbete med att optimera peptidernas struktur för ännu effektivare verkan mot olika stammar av intracellulära bakterier.

Således öppnar skapandet av självorganiserande peptid-nanofibriller upp en helt ny riktning inom utvecklingen av antibiotika och biomedicinska material. Metoden baserad på kontrollerad självorganisering av peptider visar på betydande potential för framtidens medicin, särskilt mot bakgrund av tillväxten av antibiotikaresistens och nya utmaningar med infektionssjukdomar.