МОК: основа технологии

В основе технологии лежат металлоорганические каркасы (МОК) [1], представляющие собой пористые кристаллические материалы, состоящие из металлических ионов, связанных органическими лигандами [2]. В данном случае используется МОК MIL-100(Fe), построенный из ионов железа (Fe) и органических молекул тримезиновой кислоты [3]. Эта структура обладает высокой пористостью и большой удельной поверхностью, что позволяет эффективно «упаковать» внутри молекулы фототермического красителя IR775. Наночастицы MIL-100(Fe) с интегрированным IR775 получают методом, исключающим использование токсичных растворителей [4]. Благодаря этому, наночастицы обладают высокой биосовместимостью и низкой токсичностью [5].

Наночастицы MIL-100(Fe)@IR775 затем интегрируются в матрикс повязки из желатина, который хорошо известен своей биосовместимостью и способностью стимулировать заживление ран [6]. Желатиновая основа обеспечивает эластичность и удобство использования повязки.

Фотодинамическая терапия (ФДТ): параметры процедуры

Фотодинамическая терапия (ФДТ) — это метод лечения, основанный на использовании фотосенсибилизатора (в данном случае IR775), который накапливается в клетках бактерий. При облучении светом определенной длины волны (в данном случае, ближний инфракрасный свет с длиной волны 808 нм) фотосенсибилизатор активируется и генерирует активные формы кислорода (АФК), которые разрушают бактериальные клетки [7].

Для проведения ФДТ используется специальный источник света, например, светодиодный лазер с длиной волны 808 нм. Продолжительность процедуры обычно составляет 10 минут с мощностью излучения 96 мВт/см². Частота проведения и общее число процедур зависят от тяжести инфекции и определяются врачом индивидуально.

Результаты исследований

Ученые провели серию экспериментов in vitro и in vivo, чтобы доказать эффективность технологии. Они показали, что наночастицы MIL-100(Fe)@IR775 эффективно уничтожают метициллин-резистентных стафилококков (methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA)  и E. coli, как с помощью фототермического эффекта, так и с помощью фотодинамического действия [8]. Испытания на животных моделях подтвердили высокую эффективность новых фототерапевтических повязок в заживлении инфицированных ран, вызванных MRSA [9].

Заключение

Разработанная технология фототерапевтических повязок на основе металлоорганических каркасов (МОК) демонстрирует значительный потенциал в лечении инфицированных ран, особенно тех, которые вызваны антибиотикорезистентными бактериями.

Уникальность данного подхода заключается в синергическом сочетании фотодинамической и фототермической терапии с использованием биосовместимых и малотоксичных наночастиц МОК MIL-100(Fe)@IR775. Интеграция фототермического красителя IR775 внутри пористой структуры МОК обеспечивает высокую фотостабильность и эффективность, что отличает эту технологию от многих существующих методов фототерапии. Комбинация этих методов, наряду с антимикробными свойствами IR775, позволяет достичь высокой эффективности при минимальном повреждении окружающих тканей.

На данный момент технология находится на стадии активных исследований. Хотя многочисленные in vitro и in vivo эксперименты показали высокую эффективность, на рынке пока нет коммерческих продуктов на основе данной технологии. Однако, полученные результаты открывают заманчивые перспективы для дальнейшей разработки и коммерциализации. Будущие исследования должны быть направлены на оптимизацию параметров ФДТ, изучение влияния различных факторов на эффективность лечения, а также на проведение масштабных клинических испытаний для подтверждения безопасности и эффективности технологии в условиях реальной клинической практики. Успешная коммерциализация этой технологии может значительно улучшить лечение различных типов инфицированных ран и внести существенный вклад в борьбу с антибиотикорезистентностью.

Источники

1. Murray C.J.L., Ikuta K.S., Sharara F., et al. Global burden of bacterial antimicrobial resistance in 2019: a systematic analysis. The Lancet. 2022; 399(10339): 629–671.
2. Horcajada P., Gref R., Baati T. et al. Porous metal-organic frameworks as platforms for the development of functional materials. Chem Rev. 2012; 112(2): 1232–1268.
3. Ma X., Yu Z., Nouar F. et al. MIL-100(Fe) Nanoparticles with tunable defect content for biomedical applications. Chem Materials. 2024; 36(1): 167–177.
4. Christodoulou I., Bourguignon T., Li X. et al. MIL-100(Fe) nanoparticles for the preparation of injectable biocompatible materials: A simple and eco-friendly method. Nanomaterials. 2021; 11(11): 3470.
5. Baati T., Njim L., Neffati F. et al. Metal-organic frameworks as drug delivery systems: Recent advances. Chem Soc Revi. 2013; 42(20): 8029–8053.
6. Montazerian H., Davoodi E., Baidya A. et al. Bioactive hydrogels for wound healing. Chem Rev. 2022; 122(17): 12864–12914.
7. Duong T., Li X., Yang B. et al. Encapsulation of hydrophobic heptamethine cyanine dyes into biocompatible polymeric nanoparticles. Nanomed Nanotechnol Biol Med. 2017;13(1): 955–964.
8. Lucas T., Linger C., Naillon T. et al. Multifunctional theranostic nanoparticles based on biocompatible iron-based metal-organic frameworks for photoacoustic and photothermal therapies. Nanoscale. 2023; 15(39): 17085–17098.
9. Alves C. G., Lima-Sousa R., Melo B. L. et al. Photodynamic and photothermal therapy for the treatment of bacterial infections: a review. Pharmaceutics. 2022; 14(12): 2522.