Хотя наноматериалы перспективны в качестве противогрибковых средств, нынешним разработкам не хватает эффективности и специфичности, необходимых для быстрого и целенаправленного лечения, что приводит к увеличению сроков лечения и потенциальным побочным эффектам и лекарственной устойчивости.

Теперь, в рамках новаторской разработки с далеко идущими последствиями для глобального здравоохранения, команда исследователей, совместно возглавляемая Хеном (Мишелем) Ку из Школы стоматологической медицины Пенсильванского университета и Эдвардом Стигером из Школы инженерии и прикладных наук Пенсильванского университета, создала микророботическую систему, способную быстро и целенаправленно устранять грибковые патогены.

"Кандиды образуют устойчивые биопленочные инфекции, которые особенно трудно поддаются лечению", - говорит Ку. "Нынешним противогрибковым препаратам не хватает эффективности и специфичности, необходимых для быстрого и эффективного устранения этих патогенов, поэтому это сотрудничество опирается на наши клинические знания и объединяет команду Ed и их опыт работы с роботами, чтобы предложить новый подход".

Команда исследователей является частью Центра инноваций и прецизионной стоматологии Penn Dental, инициативы, которая использует инженерные и вычислительные подходы для получения новых знаний для смягчения последствий заболеваний и продвижения инноваций в области здравоохранения полости рта и черепно-лицевой области.

Для этой статьи, опубликованной в Передовые материалы исследователи воспользовались недавними достижениями в области каталитических наночастиц, известных как нанозимы, и создали миниатюрные роботизированные системы, которые могли точно нацеливаться на грибковые клетки и быстро уничтожать их. Они достигли этого, используя электромагнитные поля для управления формой и движениями этих наноразмерных микророботов с большой точностью.

"Методы, которые мы используем для контроля наночастиц в этом исследовании, являются магнитными, что позволяет нам направлять их в точное место заражения", - говорит Стигер. "Мы используем наночастицы оксида железа, которые обладают еще одним важным свойством, а именно тем, что они являются каталитическими".

Команда Стигера разработала движение, скорость и образование нанозимов, что привело к повышенной каталитической активности, очень похожей на фермент пероксидазу, который помогает расщеплять перекись водорода на воду и кислород. Это непосредственно приводит к образованию большого количества активных форм кислорода (АФК), соединений, которые обладают доказанными свойствами разрушать биопленку, в месте заражения.

Однако по-настоящему новаторским элементом этих нанозимных сборок стало неожиданное открытие: их сильное сродство к связыванию с клетками грибов. Эта особенность позволяет локализовать накопление нанозимов именно там, где находятся грибы, и, следовательно, целенаправленно генерировать АФК.

"Наши нанозимные сборки демонстрируют невероятную привлекательность для грибковых клеток, особенно по сравнению с клетками человека", - говорит Стигер. "Это специфическое связывающее взаимодействие прокладывает путь к мощному и концентрированному противогрибковому эффекту, не затрагивая другие незараженные участки".

В сочетании с присущей нанозиму маневренностью это приводит к мощному противогрибковому эффекту, демонстрирующему быстрое уничтожение грибковых клеток в течение беспрецедентно короткого 10-минутного периода.

Заглядывая вперед, команда видит потенциал этого уникального робототехнического подхода, основанного на нанозимах, поскольку они включают новые методы автоматизации контроля и доставки нанозимов. Перспективы противогрибковой терапии, которые она дает, - это только начало. Его точное нацеливание и быстрое действие предполагают потенциал для лечения других типов стойких инфекций.

"Мы обнаружили мощное средство в борьбе с патогенными грибковыми инфекциями", - говорит Ку. "То, чего мы здесь достигли, является значительным скачком вперед, но это также только первый шаг. Магнитные и каталитические свойства в сочетании с неожиданной специфичностью связывания с грибами открывают захватывающие возможности для автоматизированного противогрибкового механизма "связывание с мишенью и уничтожение". Мы стремимся копнуть глубже и полностью раскрыть его потенциал".

Этот робототехнический подход открывает новые рубежи в борьбе с грибковыми инфекциями и знаменует собой поворотный момент в противогрибковой терапии. Имея в своем арсенале новый инструмент, специалисты в области медицины и стоматологии как никогда близки к эффективной борьбе с этими сложными патогенами.