Dự báo số người chết do kháng thuốc kháng sinh sẽ lên đến con số 10 triệu người vào năm 2050 - nhiều hơn số người chết do ung thư ở hiện tại. Tuy nhiên, để tạo được sự đột phá trong việc điều chế ra các loại kháng sinh mới vẫn còn là một khoảng cách khá xa. Đồng thời ta cũng không thể dự đoán được thuốc sẽ có hiệu quả trong bao lâu trước khi vi khuẩn học được cách kháng thuốc.

Giờ đây, một nhóm 11 nhà nghiên cứu đã đưa ra một cách tiếp cận khác để giải quyết vấn đề kháng kháng sinh: sử dụng các lưới vi mô để bắt và tiêu diệt vi khuẩn trong cơ thể.

Nhóm đã thành công sử dụng những nano-net (lưới nano) được tạo ra từ các phân tử peptit kháng khuẩn (AMP) trong các thử nghiệm phòng thí nghiệm. Cụ thể, chúng giúp đối phó với vi khuẩn E.coli và S.aureus - những loại vi khuẩn gây ra ngộ độc thực phẩm và mụn nhọt, cũng như có khả năng kháng lại các loại kháng sinh mạnh nhất hiện nay.

Các nano net này mô phỏng một phản ứng tự nhiên của cơ thể đối với các bệnh tố, ở các khu vực như ruột non, đường tiết niệu và mạch máu.

Trong các thí nghiệm, AMP do nhóm nghiên cứu phát triển đã hình thành các lưới khi chúng phát hiện ra lipopolysacarit hoặc axit lipoteichoic. Đây là hai hóa chất phổ biến được tìm thấy trong màng tế bào vi khuẩn.

Khi ở môi trường có chất hóa học, các phân tử peptide riêng lẻ sẽ bám vào vi khuẩn và thu hút các phân tử peptide khác để kết nối, tạo thành một mạng liên kết có khả năng bao vây vi khuẩn với tên gọi là nano net.

Các phân tử peptide này có khả năng phá hủy các màng tại bề mặt của tế bào vi khuẩn và tiêu diệt chúng.

Mặc dù nano net chưa được thử nghiệm ở người, nhưng các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng việc bẫy vi khuẩn trong cơ thể bằng lưới sẽ khiến chúng dễ bị tổn thương hơn trước các hợp chất kháng khuẩn do hệ thống miễn dịch tiết ra, tăng cường hệ miễn dịch của con người trong việc chống lại nhiễm trùng vi khuẩn.

Phó Giáo sư Rachel Ee thuộc Khoa Dược Đại học Quốc gia Singapore, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu cho biết tuy việc tái tạo các nano net tổng hợp để bẫy và tiêu diệt vi khuẩn kháng thuốc không phải là mới, nhưng nhóm đã giúp thúc đẩy lĩnh vực này tiến bộ hơn. 

Trong các thí nghiệm chế tạo nano net tổng hợp từ AMP để bẫy và tiêu diệt vi khuẩn trước đây, AMP chỉ có thể tạo thành các chuỗi phân tử ngắn, rời rạc, và không thể bao vây vi khuẩn tốt.

Bằng cách sửa đổi thành phần hóa học của những AMP được sử dụng trước đây, các phân tử peptide của nhóm nghiên cứu có thể tự tổ hợp thành các nano net liên kết rộng lớn, có tính chất vật lý thích hợp hơn trong việc bẫy và cố định các tế bào vi khuẩn.

Ngoài ra, hầu hết các nano net peptit tổng hợp đã được phát triển cho đến nay chỉ có thể bẫy vi khuẩn. Tuy nhiên, nhờ những sửa đổi trên, các nano net của nhóm nghiên cứu có khả năng vừa bẫy vừa tiêu diệt chúng.

Giáo sư Ee nhấn mạnh về khả năng tiêu diệt vi khuẩn, nano net có một số điểm trội hơn so với thuốc kháng sinh.

Vi khuẩn ít có khả năng phát triển đề kháng đối với nano net khi so với các loại thuốc kháng sinh mới. Vì nano net bẫy vi khuẩn một cách vật lý thay vì hoạt động như thuốc kháng sinh, tức nhắm mục tiêu vào các protein cụ thể mà chúng chứa. Điều này có nghĩa là vi khuẩn không thể kháng thuốc bằng cách đột biến và thay đổi protein của chúng để tránh lưới phát hiện. 

Trong trường hợp vi khuẩn phát triển đề kháng với khả năng tiêu diệt của nano net, hiệu quả bắt giữ của nano net vẫn có thể tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể để loại bỏ chúng.

Phó giáo sư Surajit Bhattacharyya từ Đại học Công nghệ Nanyang nói rằng phương thức tiêu diệt tế bào vi khuẩn mới của nhóm nghiên cứu Singapore đã mở rộng tầm nhìn phát triển các loại kháng sinh mới, vốn “rất cần thiết”.

Nhóm nghiên cứu hy vọng phát minh mới này sẽ góp phần vào cuộc chiến toàn cầu chống lại tình trạng kháng thuốc. Nhóm có kế hoạch tạo ra các nano net thành một hydrogel có thể được tiêm trực tiếp vào bộ phận bị nhiễm vi khuẩn và tiếp tục tối ưu hóa thiết kế của lưới cho con người.

Giáo sư Ee cho biết: “Đối mặt với sự xuất hiện nhanh chóng của tình trạng kháng thuốc kháng sinh trên toàn cầu, cần có những chiến lược đổi mới để 'vượt qua' khả năng tiến hóa của vi khuẩn thông qua đột biến”.

“Chúng tôi hình dung rằng phát hiện của mình sẽ nâng cao trình độ và mang lại một triển vọng lạc quan trong lĩnh vực này, từ đó khuyến khích phát triển hơn nữa trong lĩnh vực vật liệu sinh học triển vọng này để chống lại tình trạng kháng kháng sinh”.