Новые контрастные агенты обнаруживают бактериальные инфекции с высокой чувствительностью и специфичностью

-->

Новое семейство контрастных веществ, способных проникать в бактерии под видом глюкозы, может с высокой чувствительностью и специфичностью обнаруживать бактериальные инфекции у животных. Кроме того, такие основанные на мальтодекстринах зонды способны отличать бактериальную инфекцию от других воспалительных процессов.

«Наши контрастные агенты удовлетворяют потребность в датчиках, которые могут точно визуализировать небольшие количества бактерий в живом организме и отличать инфекции от других патологий, например, рака», – объясняет Нирен Мурти (Niren Murthy), адъюнкт-профессор кафедры биомедицинской инженерии Технологического университета Джорджии (Georgia Institute of Technology, Georgia Tech) и Университета Эмори (Emory University). «Такие датчики могут в конечном итоге усовершенствовать диагностику и лечение бактериальных инфекций, остающихся серьезным вызовом современной медицине».

Только в США в 2010 году было зарегистрировано 40000 смертей от сепсиса. Бактериальные инфекции остаются и лидирующей причиной ампутаций конечностей. Главным ограничением, препятствующим их эффективному лечению, является невозможность обнаруживать возбудителей внутри организма с достаточной точностью и чувствительностью. Чтобы сделать бактериальные инфекции «видимыми», зонды должны, прежде всего, доставлять большое количество контрастных веществ непосредственно внутрь бактериальных клеток.

Мишенью же большинства существующих сейчас визуализирующих зондов являются стенки бактериальных клеток. Такие зонды не проникают внутрь бактерий. В отличие от подобных систем зонды, основанные на мальтодекстринах (ферментативно расщепленных крахмалах), ориентированы на молекулярный путь, естественно используемый организмом бактерии для поглощения из окружающей среды необходимых ей питательных веществ.

«Поступление контрастных веществ этим путем позволяет достичь их высокой внутриклеточной концентрации», – объясняет Мурти.

Мальтодекстриновые визуализирующие зонды состоят из флуоресцентного красителя, связанного с мальтогексозой – основным источником глюкозы для бактерий. Зонды доставляют в бактерию контрастное вещество через специальные «ворота» – мембранный белок-переносчик мальтодекстринов. Этот мембранный белок есть только у бактерий, то есть, что очень важно, его нет в мембране клеток млекопитающих.

1_119.jpg Схематическое изображение химической конструкции основанных на мальтодекстринах визуализирующих зондов, предназначенных для обнаружения бактериальных инфекций у животных. Зонд состоит из мальтогексозы, связанной с флуоресцентным красителем. Такие зонды с высокой скоростью поглощаются бактериями через мальтодекстриновый транспортный путь как источник глюкозы. Их чувствительность и специфичность на порядки выше, чем у применяемых в настоящее время контрастов.
(Рис. Georgia Tech/Niren Murthy)

В результате контрастное вещество активно накапливается в инфицированных бактериями тканях и эффективно удаляется из тканей неинфицированных. Никакой зависимости от ответа организма-хозяина или какой бы то ни было вторичной патологии ученые не наблюдали. Интенсивность флуоресценции инфицированных тканей была в 42 раза выше, чем неинфицированных. Не менее важно и то, что контрастное вещество не накапливается в нормальной кишечной микрофлоре животных: системно вводимые молекулы глюкозы не могут попасть в просвет кишечника, и находящиеся там бактерии никогда не вступают в контакт с визуализирующими зондами.

«Насколько нам известно, это первая демонстрация таргетинговой стратегии, способной доставлять внутрь бактериальной клетки визуализирующие зонды в миллимолярных концентрациях», – отмечает Мурти.

2_117.jpg Флуоресцентное изображение,
показывающее, что
мальтодекстриновые зонды
визуализируют 10 7
колониеобразующих единиц
E. coli. (Фото: nature.com)

Мальтодекстриновые зонды способны обнаружить находящиеся в организме живые бактерии, если их количество исчисляется всего лишь одним миллионом, в то время как применяемым сегодня контрастным системам визуализации бактерий требуется для этого по крайней мера 100 миллионов бактериальных клеток. Другими словами, такие зонды дают возможность визуализировать в живом организме всего лишь 10 5 колониеобразующих единиц. Более того, они позволяют отличать воспаление, вызванное активными бактериями, от воспаления, индуцированного как липополисахаридами, так и метаболически неактивными бактериальными клетками.

Проведенный на крысах эксперимент, поставленный с целью выяснить, какова эффективность основанных на мальтодекстринах зондов при различении бактериальных инфекции и асептического воспаления, показал, что ткани, инфицированные кишечной палочкой E. coli, демонстрируют 17-ти кратное усиление флуоресценции по сравнению с воспаленной, но неинфицированной тканью.

В дополнительных лабораторных исследованиях ученые установили, что зонды могут доставлять большие количества визуализирующих веществ как в грамположительные, так и грамотрицательные бактерии. Оба типа бактерий поглощают «привязанные» к мальтодекстринам контрастные вещества со скоростью на три порядка выше, чем клетки млекопитающих.

«Основанные на мальтодекстринах зонды перспективны для визуализации инфекций в широком спектре тканей и демонстрируют способность обнаруживать бактерии в живых организмах с чувствительностью на два порядка выше, чем сообщалось в более ранних публикациях», – говорит Мурти.

Достижение американских ученых описано в статье, опубликованной в интернет-издании журнала Nature Materials. Исследование проводилось под эгидой Национального научного фонда (National Science Foundation) и Национального института здравоохранения (National Institutes of Health) США.

Аннотация к статье

Maltodextrin-based imaging probes detect bacteria in vivo with high sensitivity and specificity

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (1 vote)
Источник(и):

http://gtresearchnews.gatech.edu/…trin-probes/

http://dx.doi.org/…038/nmat3074