Kuris antibiotikas konkrečiam pacientui bus veiksmingas, šiandien dažnai paaiškėja tik po kelių dienų. Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro (VU GMC) mokslininkai kartu su partneriais kuria technologiją, kuri šį laiką galėtų sutrumpinti iki kelių valandų. Tam jie pasitelkia pačias bakterijas – jų formuojamas bioplėveles siekia panaudoti kaip natūralius biologinius indikatorius, realiu laiku parodančius, ar pasirinktas antibiotikas yra veiksmingas.
VU GMC mokslininkų komandai vadovaujantis dr. Rokas Žalnėravičius sako, kad greitesnis bakterijų jautrumo antibiotikams nustatymas svarbus ne vien dėl patogesnės diagnostikos. Kuo anksčiau žinoma, kuris vaistas veiks konkretaus paciento infekcijos sukėlėją, tuo greičiau galima skirti tikslingą gydymą ir išvengti nereikalingo antibiotikų vartojimo.
„Šiandien antibiotikų jautrumo tyrimo atsakymo dažnai tenka laukti nuo vienos iki trijų dienų. Gydant sunkią infekciją tai yra ilgas laikas. Mūsų tikslas – išnaudojant natūralius bakterijų biologinius procesus šį atsakymą gauti per kelias valandas ir taip padėti gydytojui greičiau parinkti konkrečiam pacientui tinkamą antibiotiką“, – sako dr. R. Žalnėravičius.
Įgyvendindami Lietuvos mokslo tarybos finansuojamą projektą, kartu su VU GMC mokslininkais prie tyrimo dirba Fizinių ir technologijos mokslų centro, Gamtos tyrimų centro (GTC) ir Malmės universiteto Bioplėvelių tyrimo centro Švedijoje tyrėjai. Į komandą įsitraukusios ir jaunosios mokslininkės – GTC jaunesnioji mokslo darbuotoja dr. Eglė Malachovskienė, VU GMC bakalauro studentė Rugilė Jonaitytė bei magistrantė Evelina Lukaitė.
Bakterijų „tvirtovės“ apsunkina gydymą
Viena svarbiausių mokslininkų tyrimo krypčių – bakterinės bioplėvelės. Tai natūraliai bakterijų sudaromos bendrijos, kuriose mikroorganizmus gaubia apsauginė polimerinė matrica. Ji veikia tarsi barjeras, padedantis bakterijoms apsisaugoti nuo nepalankių aplinkos sąlygų, žmogaus imuninės sistemos atsako ir antibiotikų.
Bioplėvelės gali formuotis ant įvairiausių paviršių – stiklo, metalo, plastiko ar audinių. Dėl to jos aptinkamos ir ant medicinos prietaisų, pavyzdžiui, kateterių, infuzijos sistemų ar implantų. Ypač pavojingos jos tampa tada, kai susidaro žmogaus organizme ar žaizdose, nes tai gali lemti sunkiai gyjančias infekcijas ir kitas rimtas komplikacijas.
„Pavienę bakteriją ir bioplėvelėje gyvenančias bakterijas galima palyginti su žmogumi atvirame lauke ir žmogumi gerai įtvirtintoje tvirtovėje. Bioplėvelės matrica bakterijoms suteikia papildomą apsaugą, todėl jas pasiekti ir sunaikinti antibiotikais pasidaro gerokai sunkiau. Būtent dėl to tokios infekcijos yra viena sudėtingiausių klinikinės mikrobiologijos problemų“, – aiškina dr. R. Žalnėravičius.
Bioplėvelėse esančių bakterijų atsparumas antibiotikams gali būti net iki tūkstančio kartų didesnis nei pavienių bakterijų. Todėl tokioms infekcijoms gydyti dažnai nepakanka vien antibiotikų – gali prireikti pakartotinio žaizdų valymo ar chirurginio pažeistų audinių pašalinimo.
Ar antibiotikas veikia, ar ne? Atsakymą išduoda pačios bakterijos
Šiuo metu norint parinkti pacientui tinkamą antibiotiką dažniausiai atliekama antibiotikograma. Iš paciento paimtame biologiniame mėginyje bakterijos pirmiausia auginamos ir identifikuojamos, o vėliau nustatoma, kuriems antibiotikams jos jautrios. Toks tyrimas paprastai trunka nuo vienos iki trijų dienų.
VU GMC mokslininkų kuriamas metodas remiasi visiškai kitu principu – natūraliu bakterijų gebėjimu perduoti elektronus į aplinką.
Bakterijų ląstelėse nuolat vyksta medžiagų apykaitos reakcijos, kurių metu susidaro elektronai. Tam tikromis sąlygomis dalis jų perduodama už ląstelės ribų. Jei bakterijos auga ant elektrai laidaus paviršiaus, pavyzdžiui, elektrodo, šį elektronų judėjimą galima registruoti elektrocheminiais metodais.
Mokslininkams tai suteikia galimybę realiu laiku stebėti, kiek aktyvios yra bioplėvelėje esančios bakterijos.
„Bakterijoms elektronų perdavimas yra natūralaus metabolizmo dalis, tačiau mums tai – biologinis signalas. Galime stebėti bakterijų aktyvumą, o į sistemą įvedę antibiotiką matyti, kaip jos į jį reaguoja. Jeigu metabolinis aktyvumas sumažėja, gauname signalą, kad antibiotikas bakterijas slopina arba inaktyvuoja“, – pasakoja dr. R. Žalnėravičius.
Taip pati bakterijų bioplėvelė tampa savotišku biologiniu indikatoriumi, leidžiančiu vertinti antibiotiko poveikį ne po kelių dienų, o realiu laiku.
Tikslas – tinkamas antibiotikas konkrečiam pacientui
Tyrimas dar tęsiamas, o jo rezultatai kol kas nėra publikuoti, todėl mokslininkai teigia, kad iki klinikinėje praktikoje naudojamos technologijos dar laukia nemažai darbo. Vis dėlto pirmieji rezultatai komandą nuteikia optimistiškai.
„Tai dar tik pirmieji technologijos kūrimo žingsniai, tačiau jau gauti rezultatai pranoko mūsų pirminius lūkesčius. Mums svarbiausia, kad kuriamos mokslinės žinios ateityje galėtų virsti realia nauda pacientui – leistų greičiau nustatyti veiksmingą antibiotiką ir kuo anksčiau pradėti tikslingą gydymą“, – sako dr. R. Žalnėravičius.
Pasak mokslininko, tokia galimybė būtų ypač aktuali pacientams, kuriems bioplėvelių sukeltos infekcijos kelia didžiausią pavojų, tarp jų – vyresnio amžiaus žmonėms ir pacientams, susiduriantiems su sunkiai gyjančiomis žaizdomis.
Greitesnis antibiotikų jautrumo nustatymas galėtų turėti ir platesnę reikšmę. Tiksliau parenkant antibiotikus būtų galima sumažinti perteklinį jų vartojimą ir kartu pristabdyti antibiotikams atsparių bakterijų plitimą.
„Norėtume judėti link situacijos, kai antibiotikas pacientui skiriamas ne bandant, kas galėtų suveikti, o turint greitai gautą informaciją apie konkretaus infekcijos sukėlėjo jautrumą. Kuo tiksliau vartosime antibiotikus, tuo daugiau galimybių turėsime išsaugoti jų veiksmingumą ir ateityje“, – teigia dr. R. Žalnėravičius.
VU GMC įgyvendinamas projektas, finansuojamas Lietuvos mokslo tarybos (Nr. P-PD-24-155), rodo, kad ateityje antibiotikų vartojimas bus individualizuotas, paremtas iš anksto nustatytu jautrumu.
