Az Egészségügyi Világszervezet szerint a gyógyszer rezisztens baktériumok 2050-ig 10 millió ember halálát okozhatják. Közülük is a rezisztens baktériumok hat típusa okozza a legtöbb bajt. A kutatók számos területen próbálnak a veszélyes folyamatnak gátat vetni. Egyik ezek közül olyan mikroszkopikus „gépezetek” kifejlesztésére irányul, amelyek képesek elpusztítani a gyilkos mikrobákat, ahogy arról nemrégiben a Horizon, az EU kutatási és innovációs magazinja beszámolt.
Alexander Fleming skót orvos 1928-ban fedezte fel az első antibiotikumot – a penicillint -, amely egy penészgomba terméke. Azóta sok más, gyakran például mikroszkopikus talajgombák által előállított antibiotikumokat is találtak, amelyek milliók életét mentették meg. A betegségokozó baktériumok azonban egyfajta fegyverkezési versenyben különböző védekező mechanizmusokat fejlesztettek ki az antibiotikumok ellen.
Nanofúrók lyuggatják ki a baktériumokat
Az antibiotikumok gyakran úgy támadják meg a kórokozókat, hogy a baktérium egy adott felületi fehérjéjéhez tapadnak, hasonlóan ahhoz, ahogyan egy kulcs illik egy zárba. A baj az, hogy a baktériumok a védekezésük során olyan fizikai változáson mehetnek keresztül, hogy a kulcs már nem illik a zárba. Így az antibiotikumok kívül maradnak és nem tudnak a kórokozó sejtjéhez kapcsolódni.
A több mint hároméves európai uniós kutatási projekt, a tavaly év végén lezárult REBELLION kutatói olyan speciális, két részből álló molekulákat kezdtek vizsgálni, amelyeknek a két részét kémiai kötés tartja össze és amikor fény éri őket, az egyik rész gyorsan pörögni kezd, mint egy fúrógép. E kettős molekuláknak mindkét része kisebb, mint 100 nanométer, azaz egy emberi hajszál szélességének ezredrészét teszik ki – így gyakorlatilag a nagyobb baktériumok mellett eltörpülnek. Amikor laboratóriumban ilyen „nanomasinákat” baktériumok tömegéhez injektálták, az apró „gépek” a baktériumokhoz kötődtek, és amint fény érte őket, pörögni kezdtek és belefúrták magukat a baktériumsejtekbe. A mikroszkóp lencséjén a beavatkozás után apró lyukakkal átszőtt baktériumsejtek maradtak. Ezek aztán már védtelenekké váltak az antibiotikumokkal szemben.
A szenzációs eredmény további próbákhoz vezetett és kiderült, hogy az apró molekuláris fúrók közvetett módon egy sor emberre veszélyes baktériumtörzset is képesek elpusztítani.
A következő támadást az egyik leghírhedtebb antibiotikum-rezisztens kórokozó, a gyilkos kórházi fertőzésekért gyakran felelős Staphylococcus aureus, az úgynevezett MRSA ellen intézték. A molekuláris masinák koncentrációjának csökkentésével minimalizálni akarták annak a kockázatát, hogy a nanofúrók a célba vett mikrobák mellett emberi sejteket is károsítsanak. A kísérlet eredményeként a pici „műszerek” annyi lyukat ütöttek a baktériumokon, hogy azok ismét sebezhetővé váltak az antibiotikumokkal szemben.
A szert a betegek bőrére kennék, majd jön a „fénykapcsoló”
A REBELLION kutatói szerint ez ellen a módszer ellen szinte lehetetlen a baktériumoknak ellenállást kifejleszteniük, hiszen ez olyan hatással jár, mintha lebombáznák őket.
A módszer gyakorlatban való alkalmazásához azonban teljes mértékben biztosnak kell lenni, hogy a „nanoműszerek” csak a megcélzott baktériumokat veszik célba, az emberi sejteket soha. A kutatók optimizmusának egyik oka az, hogy ezek a molekuláris „fúrók” pozitív töltésűek, s emiatt inkább a negatív töltésű baktériumokhoz kötődnek, mint a semlegesebb emberi sejtekhez.
Az eddigi, férgeken végzett kísérletek is ezt bizonyították, ezért most a továbblépés következik egereken. Ha pedig a módszer a rágcsálókon is működik, az első így kezelt humán páciensek a sebfertőzésben szenvedő betegek lehetnek – különösen a súlyos égési sérülésekben szenvedők, akik főképp hajlamosak a fertőzésekre.
Ez a kezelés a gyakorlatban úgy működne, hogy a nanoműszereket a betegek bőrére kennék, majd fényt irányítanának rájuk, hogy az ott lévő baktériumokat kilyukasszák.
Az ultraibolya fény hatására bekapcsolható molekuláris gépezetek felfedezéséért 2016-ban a holland Groningeni Egyetem professzora, Ben Feringa kapott kémiai Nobel-díjat. Azóta tudjuk, hogy bizonyos molekulák a fény hatására képesek megváltoztatni alakjukat, és ennek következtében bizonyos folyamatok kapcsolóiként vagy kioldóiként használhatók. Feringa még egy egyetlen molekulából álló nanoautót is épített, amely egy rézfelületen tudott mozogni.
Remélik: a rák sem áll ellen a molekuláris gépeknek
Feringa most a BIOMOLMACS nevű, idén záruló uniós projekt felügyeletét is végzi, amely pályakezdő kutatók molekuláris gépezetekkel kapcsolatos kutatásait célozza.
Bár a nanoméretű molekuláris gépek még nem jutottak el a kórházakba, a kutatók és a betegágynál dolgozó orvosok egyebek mellett a rákos betegek kezelésében is nagy lehetőségeket látnak a felhasználásukban. A mai rákgyógyszerek ugyanis a daganat mellett az egészséges sejtek károsításával gyakran okoznak mellékhatásokat, például hajhullást, hányingert, fáradtságot vagy immunrendszeri gyengeséget.
A jövő forgatókönyve szerint a nanoműszerek a daganat belsejébe fúródva hajszálpontosan a páciens rákos sejtjeibe juttathatják a gyógyszereket. A BIOMOLMACS keretén belül a valenciai Biomedikai Kutatási Alapítványnál például ilyen apró eszközöket tervez a gyógyszerek mellráksejtekbe juttatására. A programban szintén résztvevő Eindhoveni Műszaki Egyetemen olyan anyagokat készítenek, amelyek vakcinák, vagy nano gyógyszerek sejteken, többek között rákos sejteken belüli szállítására használhatók.
Az angliai Warwicki Egyetemen polimer ugyanakkor olyan, speciális anyaggal bevont szintetikus cukormolekulákból álló nanorészecskéket hoznak létre, amelyek a jövőbeni génterápiákat juttathatnak célzottan a betegek szervezetébe. Itt a cukrok feladata, hogy afféle kulcsként kinyissák a sejtmembránt és a megfelelő gén bejuthasson a sejtbe.
A nagy hírű londoni Imperial College kutatói pedig zsírokból készült apró gömbökön, lipid nanorészecskéken dolgoznak, amelyek szintén biztonságosan be tudnak jutni a sejtek belsejébe. Ilyen lipid nanorészecskék jelentették a Covid-19 vakcinákhoz szükséges igazi áttörést is.
A jövő egyik fontos irányzata lesz, hogy ilyen nanoméretű szerkezetek juttassák be a megcélzott szervekbe, sejtekbe a biológiai terápiák hatóanyagait s az uniós kutatások ezekre készítenek fel.
