Металлы для борьбы с устойчивостью к противомикробным препаратам

Nature Reviews Chemistry, том 7, страницы 202–224 (2023 г.) Процитировать эту статью

14 тысяч доступов

12 цитат

53 Альтметрика

Подробности о метриках

Бактерии, как и большинство организмов, имеют отношения любви и ненависти к металлам: конкретный металл может быть необходим для выживания, но токсичен в определенных формах и концентрациях. Ионы металлов имеют долгую историю антимикробной активности, и в последние годы им уделяется все больше внимания из-за роста устойчивости к противомикробным препаратам. В настоящее время поиск антибактериальных средств охватывает ионы металлов, наночастицы и комплексы металлов с антимикробной активностью («металлоантибиотики»). Хотя металлоантибиотики еще не дошли до клинической практики, они представляют собой обширную и недостаточно изученную группу соединений, которые могут привести к созданию столь необходимого нового класса антибиотиков. В этом обзоре суммированы последние разработки в этой развивающейся области, уделяя особое внимание достижениям в разработке металлоантибиотиков, в частности тех, механизм действия которых изучен. Также представлен обзор альтернативных способов применения металлокомплексов для борьбы с бактериальными инфекциями, включая антимикробную фотодинамическую терапию и радионуклидную диагностику бактериальных инфекций.

Устойчивость к противомикробным препаратам (УПП) находится на пути к тому, чтобы стать основной причиной смертности в мире в ближайшие десятилетия. По оценкам, в 2019 году от УПП было зарегистрировано 4,95 миллиона смертей, из которых 1,3 миллиона были непосредственно связаны с резистентными инфекциями1. Ожидается, что это число достигнет 10 миллионов смертей в год во всем мире к 2050 году2, если не раньше, отчасти из-за широко распространенного чрезмерного назначения антибиотиков пациентам с COVID-19 за последние 2 года3. Несмотря на эту срочность, традиционная органическая медицинская химия не смогла пополнить истощенный портфель противомикробных препаратов: анализ 2022 года показал, что по состоянию на июнь 2021 года в клинической разработке находилось только 45 «традиционных» антибиотиков4. Следовательно, срочно необходимы новые подходы к разработке антибиотиков следующего поколения.

Неорганические соединения, металлоорганические соединения и/или комплексы металлов сыграли небольшую, но плодотворную роль в медицине двадцатого века. Открытие и одобрение регулирующими органами противоракового препарата цисплатина ознаменовало начало современной эры медицинской неорганической химии. С тех пор многие металлосодержащие соединения были изучены для лечения заболеваний, и некоторые из них прошли клинические испытания на людях5. Однако лишь недавно металлы и металлоантибиотики привлекли значительное внимание как потенциальные противомикробные препараты в ответ на быстрый рост заболеваемости УПП в последнее десятилетие.

В обзоре освещено современное состояние металлов и металлоантибиотиков как антибактериальных средств. Мы обсуждаем роль ионов металлов в бактериях и потенциал некоторых ионов металлов непосредственно убивать бактериальные патогены, а также стратегии перехвата бактериальных путей ионов металлов для обеспечения антимикробной активности. Мы сосредоточим внимание на антибактериальных металлокомплексах и приведем примеры, механизм действия которых (по крайней мере частично) выяснен. Обзор включает краткий обзор применения светоактивируемых соединений металлов против бактерий как пример альтернативного механизма действия, возможного с металлоантибиотиками. В заключение мы обсудим использование комплексов радиоактивных изотопов металлов для улучшения диагностики бактериальных инфекций путем визуализации их местоположения, аналогично обнаружению рака с помощью визуализации.

Этот обзор не включает полный список всех металлоантибиотиков: заинтересованным читателям отсылаются к отличным обзорам, опубликованным по этой теме6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Regiel-Futyra и др.17 недавно рассмотрели бионеорганические стратегии борьбы с бактериями. Всесторонний взгляд на молекулярные и клеточные мишени ионов металлов был опубликован Лемиром и др.18 в 2013 году. Использование комплексов металлов в качестве адъювантов или потенциаторов в сочетании с антибиотиками или другими биологически активными соединениями является еще одной плодотворной областью исследований. но выходит за рамки настоящего обзора. Значительный объем исследований был опубликован по использованию наночастиц в качестве противомикробных агентов и рассмотрен в других источниках19,20. Наконец, что касается противогрибковых соединений на основе металлов, мы ссылаемся на недавний обзор Lin et al.21.