Forskare från California NanoSystems Institute vid UCLA har utvecklat ett system för leverans av nanopartiklar för antibiotikumet moxifloxacin som väsentligt förbättrar läkemedlets effektivitet mot pneumonisk tularemi, en typ av lunginflammation orsakad av inandning av bakterien Francisella tularensis.

Studien, som visas i journalen ACS Nano , visar hur nanopartikelsystemet riktar sig till de exakta cellerna som är infekterade av bakterierna och maximerar mängden läkemedel som levereras till dessa celler.

Jeffrey Zink, framstående professor i kemi och biokemi och en författare till studien, utvecklat mesoporösa kiseldioxid nanopartiklar som används för läkemedelsleverans. Zink och hans forskargrupp genomförde en uttömmande process för att hitta den bästa partikeln för jobbet.

"Nanopartiklarna är fulla av djupa tomma porer, "Zink sa." Vi lägger partiklarna i läkemedelslösningen över natten, fylla porerna med läkemedelsmolekyler. Vi blockerar sedan poröppningarna på nanopartikelns yta med molekyler som kallas nanovalvor, tätning av läkemedlet inuti nanopartikeln. "

När de läkemedelsbärande nanopartiklarna injiceras i det infekterade djuret, i detta fall en mus, läkemedlet stannar i nanopartiklarna tills de når sitt mål:vita blodkroppar som kallas makrofager. Makrofager intar nanopartiklar i fack som har en sur miljö. Nanovalvorna, som är utformade för att öppna som svar på de surare omgivningarna, släpp sedan läkemedlet.

"Vi testade flera olika partiklar och nanovalvor tills vi hittade de som skulle bära maximal mängd läkemedel och släppa ut det vid precis rätt pH -värde, Sa Zink.

F. tularensis-bakterien är mycket infektiös och har utsetts till bioterrorism i högsta klass av Centers for Disease control, vilket innebär att det anses utgöra en hög risk för nationell säkerhet och folkhälsa.

"F. tularensis överlever och förökar sig inom makrofager, särskilt de i levern, mjälte och lungor, "sa Marcus Horwitz, en framstående professor i medicin och mikrobiologi, immunologi och molekylär genetik och studiens andra seniorförfattare. "Makrofager slukar lätt mesoporösa kiseldioxid nanopartiklar, vilket gör dessa partiklar idealiska för behandling av dessa typer av infektioner. "

Moxifloxacin är en kraftfull behandling för tularemi, men det har biverkningar när det administreras som ett fritt läkemedel i blodomloppet. UCLA -forskarna arbetade för att maximera behandlingens effekt samtidigt som biverkningarna minskades.

"När du ger ett läkemedel fritt i blodet, bara 1 eller 2 procent av det kommer dit du vill att det ska gå, "Sade Horwitz." Med detta system, läkemedlet finns inne i nanopartiklarna tills de är inne i makrofager, leverera en mycket större mängd av läkemedlet direkt till infektionsstället. "

Horwitz tillade att fritt flödande läkemedel metaboliseras och utsöndras från det ögonblick som de administreras, Nanopartiklar skyddar läkemedelsmolekyler från metabolism och utsöndring tills de släpps ut i målcellerna. vilket gör nanoterapi potentiellt mycket potent.

Studien jämförde effekten av fritt injicerat moxifloxacin med det som levereras av nanopartiklar med kontrollerad frisättning. Hos möss som fått en mycket dödlig dos av Francisella tularensis, det nanopartikel-levererade moxifloxacin orsakade få biverkningar och var mer effektivt för att minska antalet bakterier i lungorna än en dos av fritt injicerat moxifloxacin två till fyra gånger större.

Nanopartikelavgivningssystemet har potential att maximera antibiotikapåverkan och minska biverkningar vid andra infektionssjukdomar inklusive tuberkulos, Q -feber och legionärsjukdom.