Synergiczne nanomateriały w terapii zakażeń wywołanych przez Pseudomonas aeruginosa

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej przyznał patent zespołowi badaczy z Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego, Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego oraz Politechniki Gdańskiej na nowy preparat o działaniu przeciwbakteryjnym. Opracowany środek jest ukierunkowany na zwalczanie Pseudomonas aeruginosa – patogenu o szczególnym znaczeniu w epidemiologii zakażeń szpitalnych, charakteryzującego się wysokim poziomem oporności na antybiotyki oraz zdolnością do przetrwania w zróżnicowanych warunkach środowiskowych.

Przyznanie patentu stanowi formalne potwierdzenie nowości rozwiązania oraz jego potencjału aplikacyjnego. Jest to już siódme rozwiązanie patentowe zespołu dotyczące strategii zwalczania Pseudomonas aeruginosa, co wskazuje na konsekwentnie rozwijany program badawczy skoncentrowany na przeciwdziałaniu zakażeniom wywoływanym przez ten drobnoustrój.

Patogen oportunistyczny o wysokim znaczeniu klinicznym

Pseudomonas aeruginosa, określana w języku polskim jako pałeczka ropy błękitnej, jest Gram-ujemną bakterią oportunistyczną. Termin „oportunistyczny” oznacza drobnoustrój, który w warunkach prawidłowo funkcjonującego układu odpornościowego zwykle nie wywołuje objawowej choroby, natomiast w sytuacji immunosupresji lub naruszenia barier anatomicznych może stać się przyczyną ciężkiego zakażenia.

Bakteria ta występuje powszechnie w środowisku naturalnym – w wodzie, glebie, a także w środowisku szpitalnym, gdzie może kolonizować sprzęt medyczny, instalacje wodne, respiratory czy powierzchnie wilgotne. Zdolność do tworzenia biofilmu, czyli struktury złożonej z komórek bakteryjnych zanurzonych w macierzy zewnątrzkomórkowej, znacząco zwiększa jej oporność na działanie antybiotyków i środków dezynfekcyjnych.

W praktyce klinicznej Pseudomonas aeruginosa jest istotnym czynnikiem etiologicznym zapaleń płuc (w tym VAP – ventilator-associated pneumonia), zakażeń ran, oparzeń, zakażeń układu moczowego, a także sepsy. Szczególnie narażeni są pacjenci z chorobami przewlekłymi, osoby po ciężkich urazach, chorzy leczeni w oddziałach intensywnej terapii oraz pacjenci z neutropenią. Wysoki potencjał do rozwijania oporności, w tym oporności wielolekowej (MDR – multidrug resistance), sprawia, że zakażenia wywołane przez ten patogen stanowią poważne wyzwanie terapeutyczne.

Nanocząstki srebra i naftochinon – mechanizm działania preparatu

Nowo opatentowany preparat opiera się na połączeniu nanocząstek srebra oraz związków z grupy naftochinonów. Nanocząstki srebra to cząstki o wymiarach w skali nanometrycznej (1–100 nm), których właściwości fizykochemiczne różnią się od właściwości makroskopowych form tego pierwiastka. Zmniejszenie rozmiaru cząstek prowadzi do zwiększenia powierzchni właściwej oraz nasilenia reaktywności, co przekłada się na silniejsze działanie biologiczne.

Srebro wykazuje udokumentowane działanie przeciwdrobnoustrojowe, obejmujące m.in. destabilizację błony komórkowej bakterii, generowanie reaktywnych form tlenu oraz zaburzenia funkcjonowania enzymów i materiału genetycznego. W tradycyjnych zastosowaniach klinicznych wykorzystywano głównie sole srebra, jednak ich stosowanie wiąże się z potencjalną toksycznością i ograniczoną biodostępnością. Zastosowanie nanocząstek umożliwia uzyskanie efektu przeciwbakteryjnego przy niższych dawkach całkowitych.

Naftochinony są związkami organicznymi należącymi do grupy chinonów, charakteryzującymi się obecnością pierścienia aromatycznego z dwiema grupami karbonylowymi. Wykazują one aktywność biologiczną obejmującą m.in. działanie przeciwdrobnoustrojowe i prooksydacyjne. Mechanizm ich działania może obejmować generowanie stresu oksydacyjnego w komórkach bakteryjnych, zaburzenia łańcucha oddechowego oraz uszkodzenie struktur wewnątrzkomórkowych.

Synergia jako strategia farmakologiczna

Kluczowym elementem opracowanego rozwiązania jest wykorzystanie zjawiska synergii. W ujęciu farmakologicznym synergia oznacza sytuację, w której łączne działanie dwóch substancji przewyższa sumę efektów uzyskiwanych przy ich oddzielnym stosowaniu. W przypadku omawianego preparatu wykazano, że bardzo niskie dawki srebra i naftochinonu, które samodzielnie nie wywierają istotnego efektu bakteriobójczego, po połączeniu generują silne działanie przeciwko Pseudomonas aeruginosa.

Taka strategia ma istotne znaczenie z punktu widzenia ograniczania rozwoju oporności. Stosowanie wysokich dawek pojedynczego czynnika przeciwdrobnoustrojowego sprzyja selekcji szczepów opornych. Wykorzystanie synergii umożliwia redukcję dawek poszczególnych składników przy zachowaniu skuteczności terapeutycznej, co potencjalnie zmniejsza presję selekcyjną i spowalnia ewolucję mechanizmów oporności.

Ponadto, wielokierunkowy mechanizm działania – obejmujący zarówno uszkodzenie struktur komórkowych przez nanocząstki srebra, jak i indukcję stresu oksydacyjnego przez naftochinony – utrudnia bakteriom wykształcenie pojedynczego, skutecznego mechanizmu obronnego.

Znaczenie dla praktyki klinicznej i perspektywy wdrożeniowe

Rozwój nowych środków przeciwbakteryjnych o alternatywnym mechanizmie działania jest jednym z kluczowych wyzwań współczesnej medycyny. Światowa Organizacja Zdrowia od lat wskazuje Pseudomonas aeruginosa jako patogen o wysokim priorytecie w kontekście badań nad nowymi terapiami, zwłaszcza w obliczu narastającej oporności na karbapenemy i inne antybiotyki o szerokim spektrum działania.

Opracowany preparat może znaleźć potencjalne zastosowanie w leczeniu zakażeń miejscowych, w profilaktyce zakażeń ran, w terapii oparzeń, a także jako składnik materiałów medycznych o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych. Przed wdrożeniem do praktyki klinicznej konieczne są jednak dalsze badania, obejmujące szczegółową analizę mechanizmu synergii, ocenę bezpieczeństwa w modelach przedklinicznych oraz badania kliniczne.

Zespół badawczy kontynuuje prace nad pogłębieniem wiedzy na temat molekularnych podstaw obserwowanego efektu synergistycznego. Równolegle prowadzone są działania mające na celu pozyskanie partnera przemysłowego, który umożliwi translację wyników badań podstawowych do etapu komercjalizacji i zastosowania klinicznego.

Interdyscyplinarny charakter badań

Na sukces projektu złożyła się współpraca specjalistów z zakresu biotechnologii, chemii oraz inżynierii materiałowej. Interdyscyplinarność zespołu umożliwiła integrację wiedzy dotyczącej biologii patogenów, chemii związków biologicznie czynnych oraz technologii nanomateriałów. Takie podejście odzwierciedla współczesny model badań biomedycznych, w którym przełomowe rozwiązania powstają na styku wielu dyscyplin.

Uzyskanie kolejnego patentu potwierdza zarówno dojrzałość koncepcji badawczej, jak i jej potencjał aplikacyjny. W kontekście globalnego kryzysu oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe rozwój nowych, wielokierunkowych strategii terapeutycznych stanowi istotny element działań na rzecz bezpieczeństwa zdrowotnego.