Využití magnetických nanočástic v boji s bakteriemi

Dnešní medicína umí za pomoci gelů, částic nebo pásek umístěných přímo do těla pacientů uvolňovat léčivo přímo na místě, kde je to potřeba. Takovéto nosiče s léčivy se používají například při výměně kloubu nebo po zavedení zubního implantátu. [1] Léčiva jsou z nich převážně vylučována nekontrolovaně prostou difuzí či erozí použitého nosiče, což vede k náročné kontrole koncentrace léčiva v požadovaném místě a v případě antibiotik může být příčinou vzniku bakteriální rezistence [2]. Tvorba rezistence vede ke vzniku „superbakterií“, jejichž léčba je velmi obtížná.

Tento problém mohou vyřešit tzv. depotní formulace (tedy nosiče s léčivy) schopné řízeného neinvazivního dávkování léčiva. Předmětem mé práce je příprava kompozitních mikročástic skládajících se z jádra a obalu, které jsou schopné řízeného opakovaného dávkování antibiotika za využití vnějšího podnětu ve formě magnetických impulzů. Jádro takovýchto mikročástic je tvořeno tuhým inertním voskem, ve kterém se nacházejí krystaly antibiotika. Slupka částice je pak tvořena biopolymerem – alginátem, ve kterém jsou ukotveny nanočástice oxidu železa, které umožňují kontrolovaně částici ohřát, roztavit vosk, a vyloučit tak antibiotikum v přítomnosti magnetického pole (Obrázek 1).

Nadace Experientia: Obrázek 1. Kompozitní mikročástice v magnetickém poli vylučující antibiotikum, které zabíjí bakterie [3].

Princip lokální produkce tepla magnetickými nanočásticemi je založen na jejich interakci s vnějším střídavým magnetickým polem, které je pro tělo neškodné a dokáže pronikat do velké hloubky. Tyto nanočástice jsou tak malé, že v sobě obsahují prakticky jen jednu magnetickou doménu, díky čemu mají tendenci orientovat se ve směru okolního magnetického pole. Rychlé střídání vnějšího magnetického pole pak vede k intenzivnímu pohybu částic, což vede k uvolňování tepla. Skrz alginátovou slupku prochází antibiotikum uvolněné z roztátého vosku prostou difúzí a distribuuje se do okolí. Po ukončení magnetického impulzu produkce tepla ustane, jádro opět zatuhne a uvolňování antibiotika se zastaví. Opakovanými magnetickými impulzy, a tedy opakovaným táním a tuhnutím vosku, je možné léčivo bezkontaktně dávkovat bez nutnosti přímého zásahu do těla pacienta.

V rámci mé bakalářské práce se mi úspěšně podařilo pomocí enkapsulačního zařízení připravit kompozitní mikročástice o velikosti cca 500 µm, které byly tvořeny jedním jádrem obaleným alginátovou slupkou (Obrázek 2). Takto připravené částice vykazovaly výbornou odezvu na přítomnost magnetického pole a bylo tedy možné potvrdit jejich schopnost řízeného dávkování antibiotika. To bylo úspěšně potvrzeno v systému obsahující bakterie Escherichia coli, kde byly všechny bakterie usmrceny již po třech magnetických impulzech [3].

V rámci své bakalářské práce jsem optimalizoval syntézu série chinolonových fragmentů a propojením některých z nich s dalšími hity z předchozích screeningů jsem připravil inhibitory s výrazně vyšší afinitou k DC-SIGN receptoru. Kromě organické syntézy jsem se věnoval i vyhodnocení výsledků biologických testů a na závěr navrhl další strukturní úpravy, které by mohly vést k ještě účinnějším látkám.

Nadace Experientia: Obrázek 2. A: Mikroskopická analýza čerstvě připravených kompozitních mikročástic složených z jádra a slupky; B: Mikročástice zvětšená pod mikroskopem

Karolína Slonková

Laureátka ceny Via Chimica pro rok 2024 Karolína Slonková (*2001) se narodila v Praze. Po absolvování Gymnázia Jana Nerudy nastoupila na VŠCHT Praha, kde nyní studuje navazující magisterský obor Analýza léčiv. Výsledky své práce již prezentovala na několika konferencích a publikovala v časopise Colloids and Surfaces B: Biointerfaces a další publikaci momentálně připravuje. V rámci VŠCHT je součástí akademického senátu fakulty chemicko-inženýrské, kde je momentálně místopředsedkyní za studenty, a spolku Tutoři, zaměřujícího se na pomoc ostatním studentům.

Nadace Experientia: CENA VIA CHIMICA 2024 - Karolína Slonková