Infekcje wywoływane przez grzyby, takie jak Candida albicans, stanowią znaczące globalne zagrożenie dla zdrowia ze względu na ich oporność na istniejące metody leczenia, do tego stopnia, że Światowa Organizacja Zdrowia uznała je za kwestię priorytetową. Chociaż nanomateriały są obiecujące jako środki przeciwgrzybicze, obecnym iteracjom brakuje siły działania i specyficzności potrzebnej do szybkiego i ukierunkowanego leczenia, co prowadzi do wydłużenia czasu leczenia i potencjalnych skutków ubocznych oraz oporności na leki. Teraz, w przełomowym rozwoju o daleko idących implikacjach dla globalnego zdrowia, zespół naukowców kierowany wspólnie przez Hyun (Michel) Koo z University of Pennsylvania School of Dental Medicine i Edwarda Steagera z Penn's School of Engineering and Applied Science stworzył mikrorobotyczny system zdolny do szybkiej, ukierunkowanej eliminacji patogenów grzybiczych. "Kandydoza tworzy uporczywe infekcje biofilmowe, które są szczególnie trudne do leczenia" - mówi Koo. "Obecnym terapiom przeciwgrzybiczym brakuje siły i specyficzności wymaganej do szybkiego i skutecznego wyeliminowania tych patogenów, więc ta współpraca opiera się na naszej wiedzy klinicznej i łączy zespół Eda z ich specjalistyczną wiedzą w zakresie robotyki, aby zaoferować nowe podejście". Zespół naukowców jest częścią Penn Dental's Center for Innovation & Precision Dentistry, inicjatywy, która wykorzystuje inżynierię i podejścia obliczeniowe w celu odkrycia nowej wiedzy na temat łagodzenia chorób i rozwoju innowacji w zakresie opieki zdrowotnej jamy ustnej i czaszkowo-twarzowej. W artykule opublikowanym w Advanced Materials naukowcy wykorzystali najnowsze osiągnięcia w dziedzinie nanocząstek katalitycznych, znanych jako nanozymy, i zbudowali miniaturowe systemy robotyczne, które mogą precyzyjnie celować i szybko niszczyć komórki grzybów. Osiągnęli to poprzez wykorzystanie pól elektromagnetycznych do kontrolowania kształtu i ruchów tych mikrorobotów z nanozymami z wielką precyzją. "Metody, których używamy do kontrolowania nanocząstek w tym badaniu, są magnetyczne, co pozwala nam skierować je dokładnie w miejsce infekcji" - mówi Steager. "Używamy nanocząstek tlenku żelaza, które mają jeszcze jedną ważną właściwość, a mianowicie są katalityczne". Zespół Steagera opracował ruch, prędkość i formacje nanozymów, co zaowocowało zwiększoną aktywnością katalityczną, podobnie jak w przypadku enzymu peroksydazy, który pomaga rozkładać nadtlenek wodoru na wodę i tlen. Pozwala to bezpośrednio na generowanie dużych ilości reaktywnych form tlenu (ROS), związków o udowodnionych właściwościach niszczących biofilm, w miejscu infekcji. Jednak prawdziwie pionierskim elementem tych zespołów nanozymów było nieoczekiwane odkrycie: ich silne powinowactwo wiązania do komórek grzybów. Cecha ta umożliwia zlokalizowaną akumulację nanozymów dokładnie tam, gdzie znajdują się grzyby, a w konsekwencji ukierunkowane generowanie ROS. "Nasze zespoły nanozymów wykazują niesamowite przyciąganie do komórek grzybów, szczególnie w porównaniu z komórkami ludzkimi" - mówi Steager. "Ta specyficzna interakcja wiązania toruje drogę do silnego i skoncentrowanego działania przeciwgrzybiczego bez wpływu na inne niezainfekowane obszary". W połączeniu z nieodłączną manewrowością nanozymu, daje to silny efekt przeciwgrzybiczy, wykazując szybką eradykację komórek grzybów w niespotykanym dotąd 10-minutowym oknie. Patrząc w przyszłość, zespół dostrzega potencjał tego unikalnego podejścia do robotyki opartego na nanozymach, ponieważ wprowadza nowe metody automatyzacji kontroli i dostarczania nanozymów. Obietnica, jaką niesie ze sobą terapia przeciwgrzybicza, to dopiero początek. Jego precyzyjne ukierunkowanie i szybkie działanie sugerują potencjał w leczeniu innych rodzajów uporczywych infekcji. "Odkryliśmy potężne narzędzie w walce z patogennymi infekcjami grzybiczymi" - mówi Koo. "To, co tutaj osiągnęliśmy, jest znaczącym krokiem naprzód, ale to dopiero pierwszy krok. Właściwości magnetyczne i katalityczne w połączeniu z nieoczekiwaną specyficznością wiązania z grzybami otwierają ekscytujące możliwości zautomatyzowanego mechanizmu przeciwgrzybiczego "cel-bind-and-kill". Chętnie zagłębimy się głębiej i uwolnimy jego pełny potencjał". To zrobotyzowane podejście otwiera nową granicę w walce z infekcjami grzybiczymi i wyznacza kluczowy punkt w terapii przeciwgrzybiczej. Dzięki nowemu narzędziu w swoim arsenale, lekarze i stomatolodzy są bliżej niż kiedykolwiek skutecznego zwalczania tych trudnych patogenów.