Антибиотики - это стандартные методы лечения для борьбы с опасными бактериальными инфекциями. Тем не менее, число бактерий, вырабатывающих устойчивость к антибиотикам, растет. Исследователи из Техасского университета A & M и Университета Сан-Паулу преодолевают это сопротивление с помощью света.

Исследователи разработали противомикробную фотодинамическую терапию (aPDT) — химическую реакцию, запускаемую видимым светом, - для применения на штаммах бактерий, устойчивых к антибиотикам. Результаты показали, что лечение ослабило бактерии до такой степени, что низкие дозы современных антибиотиков могли бы эффективно уничтожить их.

"Использование aPDT в сочетании с антибиотиками создает синергию взаимодействия, работая вместе над решением", - сказал Владислав Яковлев, профессор кафедры биомедицинской инженерии университета Техаса A & M и содиректор проекта. "Это шаг в правильном направлении против устойчивых бактерий".

Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Ультрафиолетовый свет впервые был использован для стерилизации бактерий более 100 лет назад. Лечение было основано на работе Нильса Финсена, который получил Нобелевскую премию по физиологии в 1903 году за использование фильтрованного солнечного света — более высокочастотного или ультрафиолетового спектра — в качестве лекарства от туберкулеза кожи. Достижения фототерапии утратили популярность несколько десятилетий спустя, когда антибиотики стали предпочтительным оружием против бактерий.

Устойчивые к антибиотикам бактерии появились вскоре после того, как антибиотики были впервые использованы. Если лечение антибиотиками прекращается до того, как бактерии будут полностью уничтожены, у оставшихся бактерий развивается резистентность или иммунитет к антибиотику. Этот иммунитет передается каждой новой бактериальной клетке, поэтому для преодоления растущей резистентности необходимы более мощные антибиотики или новые методы лечения.

"Фотодинамическая терапия была забытым инструментом", - сказал Яковлев. "Тем не менее, бактерии не могут преодолеть это. Нет никакого сопротивления".

Некоторые методы лечения раковых клеток человека уже используют aPDT для предотвращения роста аномальных клеток, но лечение резистентных бактерий с его помощью все еще является новым подходом.

Исследователи начали свою работу с выбора бактерий и трех основных компонентов aPDT, необходимых для борьбы с ними: молекулярный кислород, свет и фотосенсибилизатор — то, что создает реакцию между кислородом и светом. Фотосенсибилизатором служил уже одобренный FDA краситель под названием метиленовый синий. Источниками света были специально сконструированные панели из 25 светодиодов в отражающих конусах, изготовленные Лабораторией технической поддержки Физического института Сан-Карлоса. Бактериями служил метициллинрезистентный золотистый стафилококк, и исследователи выращивали культуры с синим красителем в них, чтобы гарантировать, что фотосенсибилизатор сам по себе не повлияет на бактерии.

Большая часть лабораторных работ проводилась в Техасском медицинском научном центре A&M под руководством Пола де Фигейредо, профессора кафедры микробного патогенеза и иммунологии Медицинского колледжа.

Сначала команда использовала aPDT самостоятельно при различной силе света, продолжительности и в определенной серии последующих обработок, чтобы зарегистрировать реакцию бактерий. Идея состояла в том, чтобы найти наименьшую дозу и самую короткую серию, которые могли бы ослабить бактериальные мембраны и другие механизмы резистентности. Восстановление и размножение клеток показало, сколько поколений потребовалось, прежде чем вернулась устойчивость к антибиотикам. Затем исследователи добавили измеренные уровни и комбинации антибиотиков через разные промежутки времени после лечения aPDT, чтобы отметить реакцию ослабленных бактерий.

"Использование антибиотиков с aPDT - это уникальная идея", - сказал Яковлев. "Мы можем использовать меньшие дозы обоих препаратов для достижения нашей цели, в отличие от использования одного или другого в более высоких дозах, которые могут иметь побочные эффекты".

Цель состоит в том, чтобы сократить время лечения и снизить дозировку до минимально необходимого уровня.

Сведение медицинской помощи к одному визиту к врачу особенно важно для Вандерлея Баньято, профессора кафедры физики и материаловедения в Сан-Паулу и содиректора проекта. Он пытается повысить шансы на выздоровление населения в отдаленных районах Бразилии, где пациенты могут обратиться к врачу только один раз за заболевание, без каких-либо шансов на последующее лечение.

Министерство обороны США внимательно следит за проектом, поскольку раневые инфекции на поле боя также возникают в отдаленных местах, и с ними необходимо быстро бороться.

Пока что результаты положительные. Устойчивые бактерии, ослабленные обработкой aPDT, были убиты гораздо меньшими дозами современных антибиотиков. В качестве преимущества эти методы лечения уменьшили потребность в борьбе с устойчивыми бактериями с помощью более мощных и дорогих антибиотиков, на производство которых уходят годы. Будущая работа в рамках проекта будет включать дополнительные исследования сроков и дозировок, а также тесты на других штаммах устойчивых бактерий, чтобы определить, является ли эффективность универсальной.

"Представьте себе реальные приложения", - сказал Яковлев. "Вы посещаете врача, который использует мазь и освещает зараженный участок светом, и тогда все готово. Это было бы быстрое и безвредное лечение по мере необходимости".