Злоупотребление антибиотиками является одним из ключевых факторов, способствующих усилению устойчивости бактерий к противомикробным препаратам. С другой стороны, своевременное применение антибиотика может спасти ткани, органы и даже жизнь человека, однако далеко не всегда удаётся вовремя заметить начало инфекционного процесса. Учёные из Брауновского университета разработали «умный» гидрогель, способный высвобождать лекарство только при наличии патогенных бактерий.

Разработанный исследователями из Брауновского университета гидрогель представляет собой полимер с поперечной межмолекулярной связью. Такая структура позволяет помещать в поры материала груз, например, антибактериальные наночастицы. Сетчатая структура полимера надёжно фиксирует антибиотик. Однако при контакте с бактериальным ферментом из группы бета-лактамаз межмолекулярные связи ослабевают, и груз высвобождается. Патогенные бактерии производят бета-лактамазы для борьбы с бета-лактамными антибиотиками (пенициллинами, цефалоспоринами и т. п.). Поскольку данный класс антибиотиков является самым широко используемым, данный фермент считается одним из главных инструментов развития антибиотикорезистентности. Ведущий автор исследования Анита Шукла пояснила, что её команда решила использовать этот механизм бактериальной самозащиты против самих бактерий.

Исследователи протестировали гидрогель в лабораторных условиях, а именно в чашках Петри и на образцах свиной кожи. Как они и ожидали, гидрогель отреагировал на введение бета-лактамазы, высвободив груз. При этом никакие другие бактериальные ферменты не привели к деградации межмолекулярных связей внутри полимера. По словам доцента Шуклы, это демонстрирует возможность селективного применения технологии для борьбы с распространением определённого вида бактерий.

Шукла и её коллеги считают, что умная система адресной доставки лекарственных препаратов, реагирующая на бактериальные ферменты, способна значительно снизить количество антибиотика, необходимого для эффективного устранения инфекции. Учёные верят, что гидрогель позволит не только уменьшить вероятность развития устойчивости бактерий к противомикробным препаратам, но также снизить риск возникновения побочных эффектов. К слову, полимерные материалы уже не первый раз привлекают внимание исследователей в качестве инструмента адресной доставки лекарств. В частности, ранее учёные разработали несколько вариантов гидрогелей, которые реагируют на изменения кислотности и температуры среды, свойственные злокачественным опухолям. Когда полимер фиксирует наличие раковых клеток, он меняет форму и высвобождает лекарство для локального воздействия, тем самым уменьшая выраженность побочных эффектов токсичных препаратов.

Что касается антибактериального гидрогеля, исследователи видят перспективу его применения в качестве компонента перевязочного материала для посттравматических и послеоперационных ран. Данный материал поможет выявить наличие бактерий и предупредить их распространение ещё до проявления симптомов инфицирования.