У нещодавньому дослідженні, опублікованому в журналі Scientific Reports, вчені оцінили антибактеріальну та цитотоксичну дію наночастинок хітозану (НЧ), навантажених бджолиною отрутою (БЧ).Вивчаємо альтернативи антибіотикам
Антибіотики можуть викликати генетичні зміни у бактерій, що призводить до стійкості до цих сполук. Насправді, щороку понад 1,27 мільйона смертей пов'язують зі стійкими до антибіотиків бактеріями. Золотистий стафілокок може викликати абсцеси шкіри, пневмонію, а також інфекції суглобів і крові, тоді як його стійкі до антибіотиків штами здатні спричинити ще більш тяжкі наслідки.
Таким чином, вивчення альтернатив антибіотикам, таких як ефірні олії, натуральні продукти та отрути, є вкрай необхідним. BV - це безбарвна, без запаху, гірка, кисла рідина, що містить кілька активних молекул. БВ має протизапальні та антимікробні властивості і використовується при багатьох захворюваннях, починаючи від раку і ревматоїдного артриту і закінчуючи хворобою Альцгеймера.
Проте терапевтичний потенціал BV обмежений певним дозуванням, перевищення якого призводить до цитотоксичності. Однак певні методи можуть бути використані для зменшення або усунення цитотоксичності, пов'язаної з БВ, наприклад, гамма-опромінення та НП.
Про дослідження
У цьому дослідженні вивчали цитотоксичні та антибактеріальні ефекти нативного БВ, навантажених БВ CS-NPs, опромінених гамма-опроміненням БВ та CS-NPs. Було отримано БВ з Apis melifera, половина з яких була опромінена дозою 0,7 кілогрей на годину (КГр/год). Метод іонного гелеутворення був використаний для отримання CS-NPs та CS-NPs, навантажених BV.
Інфрачервона спектроскопія з Фур'є-перетворенням (ІЧ-спектроскопія) досліджувала відмінності у функціональних групах між вільним BV, CS-НП, опроміненим BV та навантаженим BV CS-НП. Трансмісійну електронну мікроскопію (ТЕМ) використовували для визначення розміру частинок і морфології НЧ. Для оцінки ефективності інкапсуляції використовували бредфордський білковий аналіз.
Фотонну кореляційну спектроскопію використовували для аналізу розміру частинок і розподілу частинок за розмірами. Також було визначено швидкість вивільнення in vitro навантажених BV CS-NPs. Антибактеріальну дію проти S. aureus оцінювали методом дискової дифузії.
Експеримент in vivo включав інфікування мишей бактеріями шляхом внутрішньоочеревинного введення з подальшим лікуванням через три години в дозі 9,02 мкг/г ваги миші.
Миші були розділені на 11 груп за різними умовами експерименту. Вони включали неінфікованих тварин, які отримували фосфатно-буферний розчин (ФБС) як негативний контроль, нативний ВХ, опромінений ВХ, CS-NPs або навантажені ВХ CS-NPs. Групи інфікованих мишей не отримували лікування, а також отримували нативний BV, опромінений BV, CS-NPs, CS-NPs, навантажені BV, або сульбацеф, комерційний антибіотик.
Мишей евтаназували через один тиждень. Зразки крові/сироватки відбирали для гематологічного та біохімічного аналізів. Крім того, були отримані зрізи печінки, тимусу, селезінки та нирок для забарвлення гематоксиліном та еозином і дослідження під світловим мікроскопом.
Результати дослідження
БВ мав типові піки на ІЧ-спектрі, характерні для природної отрути, зі значними піками при 3400 см-1 і 2940 см-1. Опромінений BV мав подібні піки, але з деякими змінами та меншою інтенсивністю.
Спектр CS-NP характеризувався смугами при 3500-3300 см-1, 1633 см-1 і 1150 см-1. Навантажені BV CS-NP дають різку відмінну смугу при 1 642 см-1.
Середній розмір навантажених BV CS-NP та CS-NP становив 175,85 нанометрів (нм) та 24,03 нм, відповідно. Дзета-потенціал навантажених BV CS-NP зменшився, проте індекс полідисперсності збільшився порівняно з CS-NP. Ефективність інкапсуляції навантажених BV CS-NP становила 96,44% за оптимальної концентрації 2 мг/мл CS та 550 мкг/мл BV.
Вивільнення BV з навантажених BV CS-NP збільшувалося до 30 годин, а потім зменшувалося. Лікування інфікованих мишей вільним або опроміненим BV зменшувало кількість лейкоцитів і збільшувало кількість тромбоцитів, тоді як лікування інфікованих мишей антибіотиками збільшувало кількість тромбоцитів. В усіх групах лікування підвищувалися рівні сечовини, креатиніну, аспартатамінотрансферази та аланінамінотрансферази порівняно з контролем.
Зростання цих показників було подібним між CS-NP, навантаженим BV, та лікуванням антибіотиками. Інфіковані миші, які отримували нативний/опромінений ВХ або CS-NP, мали підвищений рівень інтерлейкіну-6 (IL-6), тоді як лікування навантаженими ВХ CS-NP знижувало рівень IL-6. Заражені миші демонстрували різний рівень пошкодження нирок, причому тварини, які отримували CS-NP, демонстрували найвищий рівень пошкодження.
У селезінці нелікованих інфікованих мишей спостерігалися переповнені кров'яними синусоїдами, надлишок гігантських клітин та розсіяні апоптозні клітини. Застій зменшувався після лікування опроміненим BV або CS-NP і зникав після лікування нативним BV, антибіотиком або навантаженим BV CS-NP.
Висновки
Навантажені BV CS-NP демонструють вищу антибактеріальну активність порівняно з нативним або опроміненим BV, не викликаючи при цьому запальної або цитотоксичної реакції. Ці результати свідчать про те, що навантажені BV CS-NP можуть бути потенційним терапевтичним кандидатом і життєздатною альтернативою антибіотикам.
Посилання на журнал: Sameh, A., Gouda, A. A., Elmligy, E., et al. (2023). Bee venom as an alternative for antibiotics against Staphylococcus aureus infections. Scientific Reports. doi:10.1038/s41598-023-33536-x
