Chiến lược mới cho phát triển thuốc: Giữ nguyên tử đồng gần hơn để vi khuẩn tránh xa

Việc phát hiện ra thuốc kháng sinh là một bước đột phá lớn trong y học, giúp cứu sống vô số người. Thật đáng tiếc, việc sử dụng rộng rãi kháng sinh đã dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các chủng vi khuẩn có khả năng kháng thuốc cao, đe dọa đưa nhân loại trở lại vị trí điểm xuất phát trong cuộc chiến chống lại các bệnh truyền nhiễm.

Mặc dù các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm phương pháp thiết kế mới cho các loại thuốc kháng khuẩn, sự phát triển tổng thể của các tác nhân mới hiện đang trên đà suy yếu. Để giải quyết vấn đề nghiêm trọng này, các nhà khoa học tại trường Đại học Khoa học Tokyo, Nhật Bản, khám phá một phương pháp mới để tăng cường hoạt tính kháng khuẩn in vivo của hydrogen peroxide (H2O2), một chất khử trùng thường được sử dụng.

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Macromolecular Rapid Communications, một nhóm do trợ lý giáo sư Shigehito Osawa và giáo sư Hidenori Otsuka dẫn dắt đã báo cáo thành công của họ trong việc tăng cường hoạt động của H2O2 bằng cách sử dụng các polyme chứa đồng được điều chỉnh cẩn thận.

Để hiểu cách tiếp cận của họ, ngay từ đầu giúp biết được cách thức hoạt động của H2O2 chống lại vi khuẩn và vai trò của đồng. H2O2 có thể bị phân hủy thành gốc hydroxyl (• OH) và anion hydroxit (OH−), gốc này rất độc đối với vi khuẩn vì nó dễ dàng phá hủy một số phân tử sinh học.

Đồng ở trạng thái oxy hóa đầu tiên, Cu (I), có thể xúc tác sự phân tách H2O2 thành gốc hydroxyl và anion hydroxit, chuyển thành Cu (II) trong quá trình oxy hóa.

Thật kỳ lạ, H2O2 cũng có thể xúc tác quá trình khử Cu (II) thành Cu (I), nhưng chỉ khi tạo điều kiện gây phản ứng này bằng cách nào đó. Có một cách đó là để các phức chất chứa Cu (II) ở đủ gần nhau.

Tuy nhiên, khi sử dụng phức chất chứa Cu (II) hòa tan trong một dung dịch, cách duy nhất để chúng đến gần nhau là do vô tình va chạm vào nhau, cần nồng độ đồng rất cao.

Nhóm nghiên cứu đã tìm ra giải pháp cho vấn đề này bằng cách lấy cảm hứng từ hóa học tế bào, như Osawa giải thích: "Trong cơ thể sống, đồng tạo phức với protein để xúc tác hiệu quả các phản ứng oxy hóa khử. Ví dụ, tyrosinase có hai vị trí phức hợp đồng ở gần nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành các chất trung gian phản ứng giữa các loại oxy và phức chất đồng. Chúng tôi nghĩ rằng, có thể tận dụng loại cơ chế này trong sản xuất nhân tạo các polyme với phức chất đồng, ngay cả khi phân tán trong dung dịch".

Với ý tưởng này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một chuỗi polyme dài với dipicolylamine (DPA) là các phức chất chứa đồng. Các phức hợp DPA-đồng này được gắn vào xương sống polyme dài dưới dạng “nhóm mặt dây chuyền”. Khi phân tán các polyme này trong một dung dịch, các nguyên tử Cu (II) trong các nhóm mặt dây chuyền được giữ gần nhau và mật độ cục bộ cao, làm tăng đáng kể khả năng hai trong số chúng ở gần nhau đủ để bị khử thành Cu (I) bằng H2O2.

Thông qua các thí nghiệm khác nhau, các nhà khoa học đã chứng minh rằng việc sử dụng các polyme phù hợp này dẫn đến hoạt tính xúc tác cao hơn cho quá trình phân tách H2O2, dẫn đến nhiều OH • hơn ngay cả đối với nồng độ đồng thấp hơn.

Các thử nghiệm tiếp theo bằng cách sử dụng dịch nuôi cấy Escherichia coli cho thấy rằng, các polyme này đã tăng cường đáng kể khả năng kháng khuẩn của H2O2. Mặc dù kết quả của nghiên cứu này mở ra một hướng thiết kế mới cho các loại thuốc kháng khuẩn, nhưng cũng có thể có những ứng dụng hữu ích trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Osawa nhấn mạnh: “Bởi vì đồng là một chất dinh dưỡng cần thiết cho các sinh vật sống, phát triển chất kháng khuẩn trong nghiên cứu này hứa hẹn như một chất bảo quản thực phẩm hiệu quả, góp phần làm tăng sự đa dạng của các loại thực phẩm có thể bảo quản trong thời gian lâu dài. Chúng ta hãy hy vọng chiến lược mới này sẽ giúp kiểm soát các ma trận siêu nhỏ dễ dàng hơn!

Trường Đại học Khoa học Tokyo- Nhật Bản

Tố Quyên dịch

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ