Zabić bakterię i uleczyć ranę w tym samym momencie. Nanocząsteczki aktywowane światłem właśnie to robią

Wyobraź sobie opatrunek, który nie tylko zabija bakterie odporne na antybiotyki, ale jednocześnie przyspiesza gojenie się rany. Brzmi jak science fiction? Tymczasem na styku nanotechnologii i biologii powstają materiały aktywowane światłem, które radzą sobie z tym, z czym od dawna nie radzi sobie współczesna medycyna — z przewlekłymi, zakażonymi ranami. Co sprawia, że ta metoda jest tak skuteczna i dlaczego może zmienić los pacjentów z cukrzycą?

Pancerz bakterii, którego antybiotyki nie kruszą

→ Czytaj też: 27% chorych na cukrzycę bierze leki na odchudzanie. Czy grozi im utrata wzroku?

Przewlekłe rany, takie jak owrzodzenia cukrzycowe czy ciężkie oparzenia, stanowią idealne środowisko do powstawania tzw. biofilmów. To zwarte, niezwykle odporne społeczności bakterii otoczone ochronną warstwą śluzu. W ponad 78 procentach takich ran stwierdza się obecność tych struktur, które nie tylko opóźniają gojenie, ale dramatycznie podnoszą ryzyko amputacji. Szczelny biofilm sprawia, że antybiotyki nie docierają do celu, a bakterie wewnątrz stają się praktycznie niezniszczalne.

– Osoby z ranami cukrzycowymi praktycznie żyją z nimi do końca życia – mówi Vitaliy Khutoryanskiy, materiałoznawca z University of Reading, cytowany w serwisie Live Science. Tradycyjne terapie często zawodzą, dlatego naukowcy sięgnęli po broń z zupełnie innej półki — nanomateriały sterowane światłem.

Gorączka na zawołanie i reaktywne cząsteczki

→ Czytaj też: Światło zachowuje się jak kwantowy hamulec. Co to oznacza dla twojego komputera?

Zamiast podawać lek, który może działać toksycznie na cały organizm, badacze projektują nanocząsteczki, które aktywują się wyłącznie w miejscu infekcji i tylko wtedy, gdy zostaną oświetlone. Mechanizm jest sprytny: po naświetleniu np. bliską podczerwienią lub niebieskim światłem, nanomateriał błyskawicznie przekształca energię świetlną w zlokalizowane ciepło. Jak wyjaśnia Zhenpeng Qin z University of Texas at Dallas, dzięki takim cząsteczkom można podgrzać tkankę do temperatury, która osłabia bakterie i stymuluje naprawę uszkodzeń. Ciepło to jednak tylko połowa sukcesu.

Drugi mechanizm opiera się na produkcji reaktywnych form tlenu — agresywnych cząsteczek, które niszczą błony komórkowe patogenów, rozrywając je na strzępy. Drobiny złota połączone z grafenowymi kropkami kwantowymi, opracowane przez zespoły z Gannan Medical University i Shanghai University, w ciągu zaledwie 10 minut naświetlania zabiły 97 procent bakterii w testach laboratoryjnych. Na myszach efekt był jeszcze bardziej spektakularny: rany leczone nanomateriałem wykazywały 99 procent zagojenia po 9 dniach, podczas gdy nieleczone zasklepiły się zaledwie w 70 procentach.

Zabijasz bakterie i jednocześnie goisz ranę

Kluczowym wyzwaniem jest selektywność — silny środek przeciwbakteryjny często uszkadza także zdrowe tkanki. Rozwiązanie przyszło z kurnika. Raffaele Mezzenga z ETH Zurich sięgnął po lizozym, naturalne białko antybakteryjne występujące w białku jaja. Jego zespół połączył je z barwnikiem w żelu reagującym na bliską podczerwień. Kiedy żel został naświetlony na ranie myszy i świń, barwnik się nagrzewał, topiąc żel i uwalniając aktywny lizozym dokładnie tam, gdzie był potrzebny. Gdy światło gasło, materiał stygł, a lizozym wracał do nieaktywnej formy, oszczędzając zdrowe komórki.

– Gojenie jest znacznie szybsze, bo zabijasz bakterie i leczysz ranę w tym samym czasie – podkreśla Mezzenga. Jego zespół poszedł o krok dalej, dodając do żelu jony magnezu, które tak przeprogramowują komórki odpornościowe, by przechodziły ze stanu zapalnego w tryb naprawczy. W eksperymentach na myszach z zakażonymi implantami żel usunął biofilm i zniszczył około 99 procent bakterii, nie naruszając tkanki kostnej.

Światło na końcu tunelu — ale dopiero za kilka lat

Mimo laboratoryjnych sukcesów, technologia ta nie jest jeszcze gotowa do wdrożenia w szpitalach. Lars Kaestner, biolog z Saarland University, studzi emocje, przypominając, że przed rozpoczęciem badań klinicznych konieczne są szeroko zakrojone testy bezpieczeństwa i znalezienie sposobu na obniżenie kosztów produkcji nanomateriałów. Mimo to, w obliczu rosnącej oporności bakterii na antybiotyki i milionów pacjentów z przewlekłymi ranami, każdy postęp w tej dziedzinie jest na wagę złota. Qin podsumowuje to krótko: – Każdy postęp, jaki możemy osiągnąć w tych obszarach, będzie mile widziany. Być może już niedługo zamiast kolejnej tubki maści lekarz zapisze nam opatrunek i małą diodę.