Polski zespół bada wziewne mikrocząstki z azytromycyną przeciw Staphylococcus aureus

Mikrocząstki z poli(kwasu sebacynowego) zawierające azytromycynę wykazały parametry aerodynamiczne przemawiające za możliwością dalszego rozwoju jako formulacji do podania wziewnego. W badaniach in vitro ograniczały tworzenie biofilmu Staphylococcus aureus, zmniejszały żywotność bakterii w kokulturze z komórkami A549 i były słabiej wychwytywane przez makrofagi RAW264.7 niż mikrocząstki niezawierające antybiotyku. Wyniki polsko-francuskiego zespołu opublikowano w czasopiśmie Biomaterials Advances.

W artykule:

• Kto przeprowadził badanie i jakie ośrodki w nim uczestniczyły
• Dlaczego badacze rozwijają wziewny nośnik azytromycyny
• Jakie właściwości miały mikrocząstki PSA_AZ
• Jak mikrocząstki oddziaływały z makrofagami
• Jak wpływały na biofilm i żywotność S. aureus
• Jak należy interpretować wyniki i jakie są ograniczenia badania

Polsko-francuskie badanie nad wziewnym systemem dostarczania azytromycyny

Praca zatytułowana Poly(sebacic acid) microparticles loaded with azithromycin as potential pulmonary drug delivery system: antimicrobial activity, macrophage response, and S. aureus – lung epithelial cell coculture tests została opublikowana w czasopiśmie naukowym Biomaterials Advances. Artykuł udostępniono online 14 sierpnia 2026 roku, natomiast wersja Version of Record ukazała się 17 sierpnia 2026 roku. Publikacja została przypisana do tomu 189 jako artykuł 215117.

Badanie miało charakter interdyscyplinarny i połączyło kompetencje specjalistów z zakresu biomateriałów, systemów dostarczania leków, technologii polimerów, inżynierii procesowej, mikrobiologii medycznej i biologii komórki.

Współpierwszym autorem publikacji jest mgr inż. Jonasz Czajkowski, doktorant wdrożeniowy w Katedrze Biomateriałów i Kompozytów Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie oraz w Sieci Badawczej Łukasiewicz – Krakowskim Instytucie Technologicznym. Jonasz Czajkowski i Rosa Calderon-Jacinto zostali wskazani przez autorów jako osoby, które w równym stopniu wniosły wkład w powstanie pracy.

Wśród pozostałych współautorów znaleźli się m.in. dr inż. Konrad Kwiecień z Katedry Biomateriałów i Kompozytów AGH, dr inż. Katarzyna Reczyńska-Kolman, adiunkt w tej samej Katedrze, oraz prof. dr hab. inż. Elżbieta Pamuła, profesor AGH, specjalistka w zakresie biomateriałów i systemów dostarczania leków oraz kierująca grupą badawczą ReGenDDS.

W badaniu uczestniczyli również prof. dr hab. inż. Tomasz R. Sosnowski, profesor i prodziekan ds. nauki i rozwoju Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej, oraz prof. dr hab. n. med. Monika Brzychczy-Włoch, profesor, kierownik Zakładu Molekularnej Mikrobiologii Medycznej Katedry Mikrobiologii Wydziału Lekarskiego Uniwersytetu Jagiellońskiego – Collegium Medicum i specjalistka mikrobiologii medycznej.

W gronie autorów znalazły się ponadto dr Barbara Pucelik oraz dr Agata Barzowska-Gogola z Sieci Badawczej Łukasiewicz – Krakowskiego Instytutu Technologicznego. Dr Barbara Pucelik jest związana z Obszarem Nanomateriałów i Biotechnologii Medycznej, natomiast dr Agata Barzowska-Gogola prowadzi działalność badawczą w Centrum Technologii Biomedycznych.

Polskie jednostki wymienione w afiliacjach publikacji to:

• Katedra Biomateriałów i Kompozytów, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie,
• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Krakowski Instytut Technologiczny,
• Zakład Molekularnej Mikrobiologii Medycznej, Wydział Lekarski, Uniwersytet Jagielloński – Collegium Medicum,
• Katedra Chemii Analitycznej i Biochemii, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH,
• Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej,
• Katedra Fizykochemii i Technologii Polimerów, Wydział Chemiczny Politechniki Śląskiej.

Partnerem francuskim był ERRMECe Laboratory, Biomaterials for Health Group, CY Cergy Paris Université. Wśród francuskich współautorów znaleźli się m.in. Rosa Calderon-Jacinto, Damien Seyer, Adeline Gand oraz Emmanuel Pauthe.

Dlaczego azytromycyna miałaby być dostarczana bezpośrednio do płuc?

Autorzy zwracają uwagę na znaczenie przewlekłych i nawracających zakażeń dolnych dróg oddechowych w mukowiscydozie i przewlekłej obturacyjnej chorobie płuc. Jednym z problemów jest zdolność bakterii do tworzenia biofilmu, a także ich przetrwanie w środowisku dróg oddechowych mimo działania mechanizmów odpornościowych i antybiotykoterapii.

Staphylococcus aureus jest jednym z drobnoustrojów mogących przewlekle kolonizować drogi oddechowe. Z punktu widzenia terapii szczególne znaczenie ma biofilm – zorganizowana społeczność bakteryjna otoczona macierzą zewnątrzkomórkową. Taki sposób wzrostu może istotnie zmniejszać podatność bakterii na działanie antybiotyków oraz ułatwiać przetrwanie zakażenia.

Azytromycyna należy do antybiotyków makrolidowych. Poza działaniem przeciwbakteryjnym wykazuje właściwości immunomodulujące i może wpływać m.in. na odpowiedź komórek nabłonkowych i odpornościowych, wytwarzanie niektórych mediatorów zapalnych oraz procesy związane z tworzeniem biofilmu.

Nie oznacza to jednak, że przedstawiona formulacja stanowi obecnie metodę leczenia zakażenia S. aureus. Autorzy badali eksperymentalny system dostarczania azytromycyny, a nie skuteczność kliniczną terapii u pacjentów.

Założeniem rozwijanej technologii jest miejscowe dostarczenie substancji czynnej do układu oddechowego. Autorzy wskazują, że podanie inhalacyjne może pozwalać na osiąganie odpowiedniego stężenia leku w miejscu docelowym przy ograniczeniu ekspozycji ogólnoustrojowej. W przypadku badanej formulacji pozostaje to jednak koncepcją wymagającą dalszej weryfikacji przedklinicznej i klinicznej.

Mikrocząstki z poli(kwasu sebacynowego) jako nośnik antybiotyku

Badacze wykorzystali mikrocząstki z poli(kwasu sebacynowego), oznaczanego skrótem PSA. Materiał należy do polibezwodników – polimerów zawierających wiązania bezwodnikowe podatne na hydrolizę. Takie materiały są analizowane jako nośniki substancji czynnych m.in. ze względu na możliwość kontrolowania degradacji i uwalniania leku.

Obecna publikacja jest kontynuacją wcześniejszych badań zespołu. We wcześniejszej pracy przygotowano mikrocząstki PSA zawierające różne ilości azytromycyny. Spośród formulacji o stosunkach AZ:PSA wynoszących 1:20, 1:10 i 1:5 do dalszych doświadczeń wybrano wariant AZ:PSA = 1:5. Ilość azytromycyny odpowiadała w nim 20% masy zastosowanego PSA.

To rozróżnienie ma znaczenie: 20% odnosi się do masy azytromycyny względem masy polimeru, a nie do 20-procentowego udziału antybiotyku w całkowitej masie mieszaniny.

W aktualnym badaniu analizowano przede wszystkim właściwości suchego proszku istotne dla potencjalnego podania do płuc oraz odpowiedź modeli komórkowych i bakteryjnych.

Rozmiar i morfologia cząstek

W skaningowej mikroskopii elektronowej mikrocząstki miały gładką, kulistą morfologię. Pomiary wykonane na podstawie obrazów SEM wskazywały, że średnica geometryczna zarówno cząstek PSA, jak i PSA_AZ mieściła się w zakresie 1–5 µm.

Sama średnica geometryczna nie przesądza jednak o depozycji inhalowanego proszku. Dla podania wziewnego zasadnicze znaczenie mają parametry aerodynamiczne cząstek.

Parametry aerodynamiczne

Frakcja cząstek drobnych – FPF, fine particle fraction – dla PSA_AZ wyniosła 66,4 ± 1,6%. Z kolei MMAD – mass median aerodynamic diameter – wynosiła 3,76 ± 0,17 µm.

Parametry te wskazują, że istotna część badanego proszku ma właściwości aerodynamiczne potencjalnie odpowiednie do depozycji w dolnych drogach oddechowych. Nie jest to jednak równoznaczne z wykazaniem rzeczywistej depozycji w płucach pacjentów, ponieważ ta zależy również od urządzenia inhalacyjnego, przepływu wdechowego, właściwości aerozolu i anatomii układu oddechowego.

Ładunek powierzchniowy

Potencjał zeta niezawierających leku mikrocząstek PSA wynosił −25,7 ± 2,5 mV, a dla PSA_AZ −17,4 ± 0,6 mV. Po wprowadzeniu azytromycyny powierzchnia cząstek stawała się zatem mniej ujemnie naładowana. Autorzy interpretują tę zmianę jako częściową neutralizację ładunku powierzchniowego po wprowadzeniu antybiotyku.

Mniejszy wychwyt mikrocząstek zawierających azytromycynę przez makrofagi

Jednym z potencjalnych ograniczeń wziewnych systemów opartych na mikrocząstkach jest ich usuwanie z płuc przez makrofagi. Po osadzeniu cząstek w pęcherzykach płucnych materiał może zostać rozpoznany jako obcy, sfagocytowany i usunięty, zanim zdąży uwolnić odpowiednią ilość substancji czynnej.

Autorzy wykorzystali w eksperymentach linię komórkową RAW264.7, będącą powszechnie stosowanym modelem mysich makrofagów. Nie są to jednak pierwotne ludzkie makrofagi pęcherzykowe, co trzeba uwzględnić przy interpretacji wyników.

Mikrocząstki PSA_AZ były istotnie słabiej wychwytywane przez komórki RAW264.7 niż mikrocząstki PSA bez azytromycyny. Autorzy wskazują, że efekt ten może pozostawać w związku z immunomodulującym działaniem uwalnianej azytromycyny, ale przedstawione dane nie pozwalają uznać tego mechanizmu za definitywnie wyjaśniony.

W badanych warunkach PSA_AZ nie stymulowały również wytwarzania reaktywnych form tlenu – ROS. Jest to korzystna obserwacja z punktu widzenia oceny odpowiedzi komórkowej, ponieważ silny wzrost produkcji ROS mógłby świadczyć o nasileniu stresu oksydacyjnego.

Badania na komórkach A549 i RAW264.7 wskazały ponadto na cytozgodność mikrocząstek PSA_AZ do stężenia 100 µg/ml w zastosowanych warunkach in vitro.

Wyniku tego nie należy określać jako potwierdzenia bezpieczeństwa inhalacyjnego. Nie przeprowadzono badania klinicznego, a doświadczenia na liniach komórkowych nie odtwarzają złożoności nabłonka dróg oddechowych, bariery pęcherzykowo-włośniczkowej, układu immunologicznego i odpowiedzi całego organizmu.

Silne działanie wobec biofilmu i bakterii w kokulturze

Kluczową częścią pracy była ocena działania mikrocząstek zawierających azytromycynę wobec Staphylococcus aureus. Autorzy nie ograniczyli się do oceny bakterii planktonicznych, lecz analizowali również tworzenie biofilmu oraz bardziej złożony model kokultury bakterii i komórek nabłonkowych.

Hamowanie tworzenia biofilmu

PSA_AZ wyraźnie hamowały tworzenie biofilmu S. aureus. W abstrakcie i sekcji najważniejszych wyników autorzy opisują efekt rzędu 4 log.

Redukcja o 4 log oznacza zmianę wielkości o cztery rzędy dziesiętne, czyli czynnik 10⁴. Nie należy jednak automatycznie przeliczać tego wyniku na procent zabitych bakterii ani przypisywać mu konkretnej wartości CFU bez wskazania dokładnej miary wykorzystanej w danym doświadczeniu.

Kokultura A549 i S. aureus

Badacze zastosowali również model kokultury komórek A549 i S. aureus. A549 jest ludzką linią komórkową pochodzącą z gruczolakoraka płuca, szeroko wykorzystywaną jako eksperymentalny model komórek nabłonka płucnego. Nie należy jej jednak utożsamiać z pierwotnym, prawidłowym nabłonkiem dróg oddechowych.

Zaletą kokultury jest możliwość jednoczesnego obserwowania bakterii i komórek gospodarza w tym samym środowisku. Model taki pozwala lepiej niż prosta hodowla jednego typu komórek analizować wybrane elementy interakcji gospodarz–patogen.

W obecności PSA_AZ autorzy zaobserwowali redukcję żywotności S. aureus rzędu 3 log, przy jednoczesnym zachowaniu żywotności komórek A549.

Jest to jeden z najważniejszych wyników pracy, ponieważ wskazuje, że w zastosowanym modelu możliwe było uzyskanie wyraźnego efektu przeciwbakteryjnego bez równoczesnego istotnego uszkodzenia badanej populacji komórek nabłonkowych.

Co wyniki oznaczają dla potencjalnej terapii inhalacyjnej?

W praktyce klinicznej możliwość dostarczenia antybiotyku bezpośrednio do miejsca zakażenia w drogach oddechowych jest atrakcyjną strategią, szczególnie w przewlekłych zakażeniach przebiegających z powstawaniem biofilmu. Badanie Czajkowskiego i współpracowników dostarcza jednak przede wszystkim danych przedklinicznych i nie pozwala jeszcze formułować zaleceń dotyczących leczenia pacjentów.

Na korzyść dalszych badań nad PSA_AZ przemawia połączenie kilku właściwości: odpowiednich parametrów aerodynamicznych suchego proszku, aktywności wobec biofilmu S. aureus, działania przeciwbakteryjnego w kokulturze, zachowania żywotności komórek A549 oraz zmniejszonego wychwytu przez makrofagi RAW264.7 w porównaniu z cząstkami pozbawionymi antybiotyku.

Jednocześnie istnieją istotne ograniczenia translacyjne. Eksperymenty przeprowadzono w modelach in vitro. A549 jest linią nowotworową, a RAW264.7 linią mysich makrofagów. Modele te nie odtwarzają w pełni prawidłowego nabłonka człowieka, składu śluzu, klirensu śluzowo-rzęskowego, komórek odpornościowych, mikrobiomu dróg oddechowych ani rzeczywistych zmian strukturalnych występujących w mukowiscydozie lub POChP.

Badanie nie określa również dawki odpowiedniej dla pacjenta, farmakokinetyki leku po inhalacji, bezpieczeństwa przewlekłego podawania, tolerancji miejscowej ani wpływu na mikrobiotę dróg oddechowych. Nie wiadomo również, jak formulacja zachowywałaby się w obecności gęstej wydzieliny charakterystycznej dla mukowiscydozy lub w polimikrobowym środowisku przewlekłego zakażenia.

Istotne będzie także określenie, czy mniejszy wychwyt PSA_AZ przez makrofagi obserwowany w linii RAW264.7 zostanie potwierdzony w pierwotnych makrofagach pęcherzykowych oraz w modelach in vivo. Z punktu widzenia opracowania produktu inhalacyjnego konieczne będą ponadto dalsze badania aerozolizacji z konkretnym urządzeniem, rzeczywistego rozkładu depozycji, stabilności formulacji i powtarzalności dostarczanej dawki.

Na obecnym etapie mikrocząstki PSA_AZ należy więc traktować jako eksperymentalną platformę dostarczania azytromycyny do płuc. Wyniki są obiecujące na poziomie przedklinicznym, ale droga od korzystnych wyników w hodowlach komórkowych i bakteryjnych do skutecznego i bezpiecznego produktu inhalacyjnego wymaga kolejnych etapów walidacji.