Snížená účinnost antibiotik je jednou z největších hrozeb pro současné zdravotnictví. Ročně kvůli multirezistentním bakteriím zemře přes 35 tisíc Evropanů a toto číslo může do budoucna růst. Řešení by mohla nabídnout biomedicína. U kulatého stolu v Poslanecké sněmovně věnovaném antibiotické rezistenci o tom pohovořil profesor fyzikální chemie a zakladatel Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM) v Olomouci, Radek Zbořil. Věří, že prostřednictvím synergického působení antibiotik s nanomateriály lze dosáhnout obnovení funkce antibiotik.
Jako nejúčinnější se v oblasti antimikrobiálních povrchů prokázaly být nanočástice stříbra – v menší míře se potom uplatňují měď a zinek. Stříbro se totiž vyznačuje vysokým antibakteriálním i antifungálním účinkem, a dnes se tak vyskytuje v celé škále zdravotnického materiálu jako například v rouškách, chirurgických nástrojích, obvazech, chirurgických nitích, náplastech či žilních a urinálních katetrech. „Ten segment je poměrně dobře rozvinutý,“ potvrdil Zbořil a citoval analýzu, podle které by v roce 2030 měly investice do antimikrobiálních povrchů činit globálně 11 miliard dolarů. „Je vidět, že trh si uvědomuje velmi dobře významný podíl antimikrobiálních povrchů v prevenci antibiotické rezistence,“ uvedl Zbořil. Nutno dodat, že zdravotnictví tento trh tvoří přibližně jen ze 60 procent, významně se na něm podílí i segmenty kosmetiky a textilního průmyslu.
Pozor na některé výrobky na trhu
„Antibakteriální efekt se prokázal proti široké škále grampozitivních i gramnegativních bakterií – byl v ní i zmiňovaný meticilin-rezistentní stafylokok a celá řada dalších význačných kmenů,“ uvedl Zbořil k nanočásticím stříbra. Neméně významná je též jejich antifungální účinnost, která je podle českého vědce dokonce vyšší než u komerčních fungicidních přípravků, jako je například flukonazol.
Zásadní pro správný antibakteriální účinek nanočástic je ovšem to, aby se neshlukovaly. Pevné ukotvení částic na povrchu je nutné nejenom proto, aby byla zajištěna jejich účinnost, ale také kvůli tomu, aby se neuvolňovaly do prostředí či přímo do organismu. Zbořil upozornil, že dnes se na trhu vyskytuje řada produktů na bázi iontového stříbra nebo nanostříbra, které takto zajištěné nejsou a snadno se uvolňují. Jeho tým k tomu přistupuje jinak. „Snažíme se o praktické aplikace a o úpravy a vývoj technologií, které dovolí kovalentní, pevné ukotvení, nanočástic stříbra na površích,“ dodal vědec, která je přesvědčen, že úprava povrchů nanomateriály může pomoci v prevenci proti antimikrobiální rezistenci.
Trumfování s bakteriemi
Nabízí se ovšem otázka, zda si bakterie nemohou vytvořit rezistenci i vůči nanomateriálům, podobně jako si ji vytvářejí proti antibiotikům. I tomuto tématu se Zbořil u kulatého stolu věnoval. „Ukázalo se, že po opakovaném použití, někdy u desátého cyklu, si minimálně gramnegativní bakterie (bakterie, které mají bakterie buněčnou stěnu tvořenou převážně lipopolysacharidy a svrchu překrytou druhou membránou – pozn. red.) tuto rezistenci vytvoří,“ konstatoval. Děje se to tak, že bakterie ze svého bičíku vyprodukuje protein flagelin, který na způsob lepidla způsobí shluk nanočástic do jednoho místa. „Ty velké clustery už ztrácejí antibakteriální účinnost,“ vysvětlil Zbořil.
I na tuto reakci mají ovšem vědci protizbraň. Přídavkem inhibitoru flagelinu, který získávají z extraktu z granátového jablka, lze tuto rezistenci zase potlačit. „Nicméně to nám nepřišlo jako úplně systémové řešení,“ uvedl Zbořil. „Řekli jsme si, co takhle ty nanočástice stříbra skutečně velmi pevně ukotvit na jiný biokompatibilní substrát tak, aby v té rezistenci vůbec nedocházelo,“ popsal vývoj metody, kdy se nanočástice stříbra pokoušel se svým týmem z RCPTM uchytit na substráty grafenového typu, což je chemicky modifikovaná uhlíková matrice. V roce 2021 se jim to zdárně podařilo. „Nanočástice imobilizované na tom uhlíkovém substrátu skutečně mají pořád stejnou inhibiční koncentraci i po 60 cyklech,“ prezentoval úspěch. Stojí za zmínku, že s antibakteriálním účinkem pomáhá i samotný uhlíkový povrch.
Organicko-anorganická cesta
A jak to vidí do budoucna? Zbořil se nechal slyšet, že spolu se skupinou kolem mikrobiologa Milana Koláře v současnosti pracují na přípravě gelů, které by měly téměř se stoprocentní jistotou zamezit výskytu antibiotické rezistence. Zároveň na půdě Poslanecké sněmovny prezentoval čerstvá data o vývoji nových materiálů (jiných než nanostříbro), které lze v boji proti antimikrobiální rezistenci využít. Mělo by jít o velké molekulární plasty kombinované s iontovými skupinami na bázi manganu nebo železa. Přestože jde o podobně toxické materiály jako je nanostříbro, výhodou je jejich obrovská cytokompatibilita. „Toto by mohla být cesta, která by otevřela dveře k systémové terapii a konkurenčním materiálům vůči stávajícím antibiotikům,“ uzavřel svůj příspěvek Zbořil.
-fk-
