ساخت یک داروی زنده برای درمان عفونت ریه

محققان توانستند با بهره گیری از زیست شناسی مصنوعی، روش های جدیدی را برای مقابله با علت اصلی مرگ و میر بیماران ریوی در بیمارستان ها ارائه  کنند.

به گزارش تکناک، دانشمندان موفق به ساخت اولین داروی زنده برای درمان عفونت های ریوی شده اند. این درمان نوآورانه برای از بین بردن “سودوموناس آئروژینوزا” که یک باکتری برای مقاومت در برابر بسیاری از آنتی بیوتیک ها و یکی از عوامل مکرر عفونت در بیمارستان ها است، توسعه یافته است.

این درمان، با استفاده از شکل اصلاح شده باکتری “مایکوپلاسما پنومونیه” انجام می شود که در این روش محققان ویژگی های بیماری زا این باکتری را حذف کرده و آن را برای هدف قرار دادن باکتری P. aeruginosa برنامه ریزی مجدد می کنند. البته در این روش، این باکتری اصلاح شده همراه با دوزهای پایین آنتی بیوتیک ها وارد عمل می شوند چون به خودی خود موثر نیستند.

محققان اثربخشی این درمان را بر روی موش ها آزمایش کردند و متوجه شدند که این روش به طور قابل توجهی عفونت های ریوی را کاهش می دهد. این داروی زنده میزان بقای موش را تا دو برابر  افزایش داد. تجویز این دارو حتی به مقدار زیاد، هیچ عارضه منفی را در ریه ها نشان نداد. پس از اتمام دوره درمان، سیستم ایمنی موش، باکتری های اصلاح شده را در یک دوره چهار روزه پاکسازی کرد.

درمان عفونت های P. aeruginosa دشوار است زیرا باکتری ها در جوامعی زندگی می کنند که می توانند بیوفیلم ها را تشکیل دهند. بیوفیلم ها می توانند خود را به سطوح مختلف بدن بچسبانند و ساختارهای غیر قابل نفوذی را تشکیل دهند که آنها را از دسترس آنتی بیوتیک ها دور می کند.

بیوفیلم‌های P. aeruginosa می ‌توانند روی سطح لوله‌ های داخل تراشه رشد کنند که این تراشه ها توسط بیماران بدحال که برای تنفس به ونتیلاتورهای مکانیکی نیاز دارند، استفاده می‌شوند. همین مسئله باعث می شود که  یک نفر از هر 4 بیماری که نیاز به لوله گذاری دارند، به بیماری پنومونی مرتبط با ونتیلاتور (VAP) مبتلا شود. میزان بروز این بیماری برای بیمارانی که به دلیل کووید-19 مشکلات حاد ریوی گرفته اند و نیاز به استفاده از ونتیلاتور دارند، از 50 درصد فراتر می رود. استفاده از VAP می تواند مدت زمان بستری در بخش مراقبت های ویژه را تا سیزده روز افزایش دهد و از هر هشت بیمار یک نفر را بکشد.

نویسندگان این مطالعه، باکتری M. pneumoniae را مهندسی ژنتیکی کردند تا با تجهیز بیوفیلم‌ ها، آنها را به تولید مولکول ‌های مختلف از جمله پیوسین که سمومی برای کشتن یا مهار رشد سویه‌ های باکتری سودوموناس هستند، حل کنند. برای آزمایش اثربخشی این باکتری، محققان بیوفیلم های P. aeruginosa را از لوله های داخل تراشه متصل به بیماران در بخش مراقبت های ویژه جمع آوری کردند. آنها متوجه شدند که این درمان به مانع نفوذ کرده و بیوفیلم ها را با موفقیت حل می کند.

دکتر ماریا لوچ، نویسنده همکار این مطالعه می گوید: ما یک دژ مستحکم ساخته‌ایم که باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک را محاصره می‌کند. این روش درمانی، سوراخ هایی را در دیواره سلولی باکتری ها ایجاد می کند و نقاط ورود مهمی را برای تهاجم و پاکسازی عفونت ها توسط آنتی بیوتیک ها در منبع آنها فراهم می کند. ما معتقدیم که این یک استراتژی جدید و امیدوارکننده برای کشف علت اصلی مرگ و میر در بیمارستان ها به دلیل عفونت های ریوی است.

محققان با  بهره گیری از داروی زنده برای درمان عفونت های ریوی،  آزمایش های بیشتری را قبل از رسیدن به مرحله آزمایش بالینی انجام خواهند داد. انتظار می رود این درمان با استفاده از یک نبولایزر انجام شود. نبولایزر ابزاری است که داروی مایع را به یک غبار تبدیل می کند و بعد از طریق یک وسیله دهانی یا ماسک، آن را قابل استنشاق می کند.

1. pneumoniae یکی از کوچکترین گونه های شناخته شده باکتری است. دکتر لوئیس سرانو، برای دو دهه ایده اصلاح باکتری و استفاده از آن به عنوان داروی زنده را در سر داشت. دکتر سرانو متخصص زیست شناسی مصنوعی است و این رشته شامل تغییر ژنتیک باکتری ها و مهندسی آنها برای داشتن توانایی های جدید و مفید است.

یکی از مزایای استفاده از M. pneumoniae برای درمان بیماری های تنفسی این است که این باکتری به طور طبیعی با بافت ریه سازگار است. این باکتری، پس از تزریق باکتری اصلاح شده مستقیماً به منبع عفونت تنفسی می رود و در آنجا مانند یک کارخانه موقت، انواع مولکول های درمانی را تولید می کند.

این مطالعه با نشان دادن اینکه باکتری M.pneumoniae می‌تواند با عفونت‌های ریوی مقابله کند، دریچه ای را برای محققان باز می‌کند تا سویه‌ های جدیدی از این باکتری را برای مقابله با انواع دیگر بیماری‌های تنفسی مانند سرطان ریه یا آسم، شناسایی کنند. دکتر لوئیس سرانو، پروفسور تحقیقاتی موسسه ICREA می گوید: هدف ما این است که ظرفیت این باکتری اصلاح شده را متنوع کنیم و پتانسیل کامل آن را در درمان انواع بیماری های پیچیده، بررسی کنیم.

علاوه بر طراحی داروی زنده، تیم تحقیقاتی دکتر سرانو از تخصص خود در زیست شناسی مصنوعی برای طراحی پروتئین های جدیدی که می تواند توسط باکتری M. pneumoniae به بدن تحویل داده شود، بهره می گیرد. این تیم از این پروتئین ها برای هدف قرار دادن التهاب ناشی از عفونت P. aeruginosa استفاده می کند.

اگرچه التهاب پاسخ طبیعی بدن به عفونت است، اما التهاب بیش از حد یا طولانی مدت می تواند به بافت ریه آسیب برساند. پاسخ التهابی، توسط سیستم ایمنی تنظیم می شود که پروتئین های واسطه ای مانند سیتوکین ها را آزاد می کند. یکی از انواع سیتوکین – IL-10 – دارای خواص ضد التهابی شناخته شده ای است که قابلیت های درمانی زیادی دارد.

تحقیقات منتشر شده در مجله Molecular Systems Biology توسط گروه تحقیقاتی دکتر سرانو از نرم افزارهای طراحی پروتئین ModelX و FoldX برای مهندسی نسخه های جدید IL-10 به طور هدفمند استفاده کرد.

محققان سویه‌هایی از باکتری M. pneumoniae را مهندسی ژنتیکی کردند که سیتوکین‌های جدید را آزاد می‌کردند و کارایی آن را در ریه‌ های موش ‌های مبتلا به عفونت حاد P. aeruginosa آزمایش کردند. محققان متوجه شدند که نسخه های مهندسی ژنتیکی شده IL-10 در مقایسه با سیتوکین نوع IL-10، به طور قابل توجهی در کاهش التهاب موثرتر بودند.

به گفته یکی از نویسندگان این مطالعه، باکتری های زنده مانند M. pneumoniae وسیله‌ای ایده‌آل برای غلبه بر محدودیت ‌های سیتوکین‌ ها و استفاده از پتانسیل آن‌ها در درمان انواع بیماری های مختلف انسانی فراهم می‌کنند. سایر بیماری‌های ریوی مانند آسم یا فیبروز ریوی نیز می‌توانند با این روش درمان شوند.