Gli scienziati del California NanoSystems Institute dell'UCLA hanno sviluppato un sistema di rilascio di nanoparticelle per l'antibiotico moxifloxacina che migliora notevolmente l'efficacia del farmaco contro la tularemia polmonare, un tipo di polmonite causata dall'inalazione del batterio Francisella tularensis.

Lo studio, che appare sul giornale ACS Nano , mostra come il sistema di nanoparticelle prende di mira le cellule precise infettate dai batteri e massimizza la quantità di farmaco erogata a quelle cellule.

Jeffrey Zink, illustre professore di chimica e biochimica e autore senior dello studio, ha sviluppato le nanoparticelle di silice mesoporosa utilizzate per la somministrazione dei farmaci. Zink e il suo team di ricerca hanno condotto un processo esaustivo per trovare la particella migliore per il lavoro.

"Le nanoparticelle sono piene di profondi pori vuoti, " ha detto Zink. " Mettiamo le particelle nella soluzione del farmaco durante la notte, riempiendo i pori con molecole di farmaco. Quindi blocchiamo le aperture dei pori sulla superficie della nanoparticella con molecole chiamate nanovalvole, sigillando il farmaco all'interno della nanoparticella."

Quando le nanoparticelle contenenti il ​​farmaco vengono iniettate nell'animale infetto, in questo caso un topo, il farmaco rimane nelle nanoparticelle fino a quando non raggiungono il loro obiettivo:globuli bianchi chiamati macrofagi. I macrofagi ingeriscono nanoparticelle in compartimenti che hanno un ambiente acido. Le nanovalvole, che sono progettati per aprirsi in risposta all'ambiente più acido, quindi rilasciare il farmaco.

"Abbiamo testato diverse particelle e nanovalvole finché non abbiamo trovato quelle che avrebbero trasportato la massima quantità di farmaco e l'avrebbero rilasciata al giusto valore di pH, " ha detto Zink.

Il batterio F. tularensis è altamente infettivo ed è stato designato come agente di bioterrorismo di alto livello dai Centers for Disease Control, il che significa che è considerato un rischio elevato per la sicurezza nazionale e la salute pubblica.

"F. tularensis sopravvive e si moltiplica all'interno dei macrofagi, soprattutto quelli nel fegato, milza e polmone, " disse Marcus Horwitz, un illustre professore di medicina e microbiologia, immunologia e genetica molecolare e l'altro autore senior dello studio. "I macrofagi divorano prontamente le nanoparticelle di silice mesoporosa, rendendo queste particelle ideali per il trattamento di questi tipi di infezioni".

La moxifloxacina è un potente trattamento per la tularemia, ma ha effetti collaterali se somministrato come farmaco libero nel flusso sanguigno. I ricercatori dell'UCLA hanno lavorato per massimizzare l'efficacia del trattamento riducendo gli effetti collaterali.

"Quando dai una droga liberamente nel sangue, solo l'1 o il 2% arriva dove vuoi che vada, " ha detto Horwitz. "Con questo sistema, il farmaco è contenuto all'interno delle nanoparticelle fino a quando non sono all'interno dei macrofagi, consegnando una quantità molto maggiore del farmaco direttamente nel sito di infezione".

Horwitz ha aggiunto che i farmaci a flusso libero vengono metabolizzati ed escreti dal momento in cui vengono somministrati, considerando che le nanoparticelle proteggono le molecole dei farmaci dal metabolismo e dall'escrezione fino a dopo il loro rilascio nelle cellule bersaglio, rendendo la nanoterapia potenzialmente molto potente.

Lo studio ha confrontato l'efficacia della moxifloxacina iniettata liberamente con quella fornita dalle nanoparticelle a rilascio controllato. Nei topi a cui è stata somministrata una dose altamente letale di Francisella tularensis, la moxifloxacina fornita da nanoparticelle ha causato pochi effetti collaterali ed era più efficace nel ridurre il numero di batteri nei polmoni rispetto a una dose di moxifloxacina iniettata liberamente da due a quattro volte maggiore.

Il sistema di rilascio delle nanoparticelle ha il potenziale per massimizzare l'efficacia degli antibiotici e ridurre gli effetti collaterali in altre malattie infettive, inclusa la tubercolosi, Febbre Q e malattia del legionario.