Beating Intracellular Bacterial Infections with Polymeric Nanobead-Based Interventions: Development, Structure Characterization, and Analysis

Abstract

One hundred years after the discovery of antimicrobials and antibiotics, intracellular bacterial pathogens remain a major cause of global morbidity and mortality. This is due to the complex and intricate ability of these pathogens to undergo intracellular replication while evading host cell immune defense. Bacterial agents such as Legionella pneumophila, Francisella tularensis, and Mycobacterium tuberculosis, as the causative agents of Legionnaires' disease, pulmonary tularemia, and tuberculosis (TB), respectively, contribute to this burden. Moreover, these agents are weaponizable pathogens due to their aerosolizability. TB represents a global health problem, although a potentially curative therapy has been available for approximately 50 years; this intracellular disease affects approximately 1 in 3 people worldwide, with over 10 million new cases per year and one death every three minutes. TB can usually be treated with a 6- to 9-month course of combined therapy. The necessity of using a cocktail of anti-TB drugs and the long-term treatment schedules required for conventional therapy, however, result in poor patient compliance; therefore, the risk of treatment failure and relapses is higher. Hence, improved drug delivery strategies for the existing drugs can be exploited to shorten the duration of TB...

Navzdory dostupnosti antibakteriální chemoterapeutické a antibiotické léčby po více než sto let představují bakteriální infekce způsobené vnitrobuněčnými parazity hlavní příčinu globální morbidity a mortality. Je tomu zejména díky schopnosti těchto bakteriálních patogenů unikat dosahu imunitního systému a množit se uvnitř hostitelských buněk (např. makrofágů). Typickými zástupci vnitrobuněčných patogenů jsou Legionella pneumophila, Francisella tularensis a Mycobacterium tuberculosis, původci legionelózy, tularémie a tuberkulózy. Díky tomu, že jsou kultury zmiňovaných patogenů snadno aerosolizovatelné, navíc mohou představovat riziko spadající do kontextu bioterorismu. Tuberkulózu lze mezi fatálními infekcemi řadit celosvětově na druhé místo hned za HIV, přestože funkční léčba či očkování je k dispozici již přes půl století. Konvenční léčba, založená na několikaměsíčním podávání koktejlu antibiotik, je velice obtížná, jelikož vnitrobuněčně ukryté mykobakterie unikají dosahu obranných mechanismů hostitelských buněk. To spolu s nespolupracujícími pacienty může vést k selekci rezistentních kmenů. Jedním z možných přístupů je využití nanočástic, které představují nástroj cílení antibiotik do hostitelských buněk a tím podstatné zefektivnění terapie. Makrofágy, buňky imunitního systému, jsou totiž ze své podstaty...