Нанодиски из клеточных мембран макрофагов разрушают мембраны бактерий

Снижение чувствительности метициллинрезистентного золотистого стафилококка Staphylococcus aureus (MRSA) к антибиотикам вызывает особое опасение у клиницистов. Необходимы новые способы борьбы с этим и подобными патогенами. Один из многообещающих подходов — усиление активности макрофагов. Однако MRSA выработали способы ухода от действия этих иммунных клтеок. Например, они подавляют выработку активных форм кислорода (АФК) и активность оксида азота (NO), что позволяет им выжить после фагоцитоза. Более того, MRSA используют факторы вирулентности, такие как альфа-токсин, поражающие макрофаги.

Ученые из США предложили использовать нанодиски, которые получают из клеточных мембран. Они сохраняют некоторые свойства исходных мембран, при этом их размеры меньше клеточных, а относительная площадь поверхности у них больше. Нанодиски, получаемые из мембран макрофагов (MФ-ND), по задумке авторов, будут бороться с инфекцией MRSA. MФ-ND получали путем самосборки; они оставались стабильными в течение 14 дней в PBS и в течение 72 часов в фетальной бычьей сыворотке.

Флуоресцентные MФ-ND вводили мышам для получения фармакокинетического профиля. Сигнал сначала быстро снижался, но через четыре часа процесс значительно замедлялся. Период полувыведения составил 9,4 часа. Нанодиски в основном накапливались в печени и селезенке.

Авторы рассчитывали, что MФ-ND сохранят свойства белков исходных мембран. Действительно, MФ-ND связывали провоспалительные цитокины, включая интерлейкин 6, фактор некроза опухоли α и интерферон γ и нейтрализовали их лучше, чем нанодиски из мембран тромбоцитов, нейронов или эритроцитов.

Добавление MФ-ND в бактериальную культуру подавляло рост бактерий, чего не происходило при добавлении нанодисков, полученных из мембран эритроцитов. Минимальная ингибирующая концентрация MФ-ND составила примерно 40 мкг/мл. При добавлении в агар MФ-ND подавляли рост колоний MRSA.

По всей видимости, MФ-ND нарушали целостность мембран MRSA — была выявлена утечка ДНК из бактериальных клеток и проникновение в клетки йодида пропидия. Несколько рецепторов на мембране макрофагов, такие как Fc и TLR-2, участвуют в распознавании MRSA и способствуют фагоцитозу. Эти рецепторы сохранялись на MФ-ND и участвуют в связывании MRSA. Более того, нанодиски уничтожали даже бактерии, которые «прятались» внутри макрофагов.

Авторы предположили, что MФ-ND способствуют выработке АФК и NO клетками организма-хозяина, возможно, через нейтрализацию факторов вирулентности бактерий. Для проверки они смешали MRSA, MФ-ND и макрофаги. Действительно, макрофаги начинали более активно вырабатывать АФК и NO. То есть MФ-ND усиливали иммунный ответ на бактериальную инфекцию.

Для проверки работы нанодисков использовали также мышиную модель инфекции MRSA. Медианная летальная доза MRSA составила 1,2 × 10⁹ КОЕ/кг. Мышам вводили эту дозу MRSA, а затем — MФ-ND (5, 10 и 15 мг/кг) через одну минуту. Доза 5 мг/кг замедляла гибель мышей. Дозы 10 и 15 мг/кг повышали выживаемость мышей до 83% и 100% соответственно. Если ввести 15 мг/кг спустя 5 и 15 минут после инфекции, то выживаемость составила 83% в обоих случаях. Нанодиски обладали также профилактическим эффектом. В течение 14 дней бактерии не развили резистентности к нанодискам.

Доза 20 мг/кг не повлияла на число эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов, моноцитов, нейтрофилов, лимфоцитов, эозинофилов и базофилов через 24 часа после введения MФ-ND. Гистология не выявила патологий в сердце, печени, селезенке, легких и почках, что говорит о безопасности нанодисков, по крайней мере, в течение короткого времени.

Авторы отмечают трудности внедрения в клиническую практику нанодисков из клеточных мембран, такие как получение высококачественных мембран, обеспечение сохранения функциональных мембранных белков и липидов, масштабируемость, вариабельность партий, долгосрочная стабильность, высокие производственные затраты и регуляторные сложности. Кроме того, иммунные реакции на мембраны неаутологичных макрофагов при повторном дозировании должны быть тщательно оценены.

Макрофаги, нагруженные люминесцентными молекулами, борются против сепсиса