Kontrolleret fagterapi kan målrette mod resistente bakterier, samtidig med at de potentielle utilsigtede konsekvenser omgås

Kampen mod lægemiddelresistente patogener er fortsat intens. Mens Centers for Disease Controls (CDC) 2019 "største trusler"-rapport afslører et samlet fald i lægemiddelresistente mikrober-relaterede dødsfald sammenlignet med sin tidligere rapport (2013), advarer agenturet også om, at nye former for lægemiddelresistente patogener stadig er dukker op.

I mellemtiden mulighederne for at behandle infektioner med disse bakterier bliver mindre, bekræfter lægers og videnskabsmænds bekymringer om enden på antibiotikaalderen.

"Vi vidste, at det ville være et problem tidligt, "sagde UC Santa Barbara professor i kemi og biokemi Irene Chen." Grundlæggende så snart penicillin blev opdaget, et par år senere blev det rapporteret, at der var en resistent organisme." Takket være faktorer som horisontal genoverførsel og hurtig reproduktion, organismer som gram-negative bakterier er i stand til at udvikle sig hurtigere, end vi kan producere antibiotika til at kontrollere dem.

Så Chen og hendes forskergruppe søger alternativer til antibiotika, i en voksende indsats for at afværge bølgen af ​​uhelbredelige bakterielle infektioner. I deres arbejde, gruppen har vendt sig til bakteriofager, en naturligt forekommende gruppe af vira, der koloniserer på bakterier.

"Det er deres naturlige funktion, virkelig, at vokse videre og dræbe bakterier, "sagde Chen, forfatter til et papir, der vises i Proceedings of the National Academy of Sciences . Ved at udnytte bakteriofagernes evne til at finde sig i specifikke bakterier uden at beskadige resten af ​​mikrobiomet, forskerne var i stand til at bruge en kombination af guld nanoroder og nær-infrarødt lys til at ødelægge selv multiresistente bakterier uden antibiotika.

Fagterapi er ikke ny, sagde Chen. Faktisk, det har været brugt i det tidligere Sovjetunionen og Europa i omkring et århundrede, selvom de stort set ses som sidste udvej alternativer til antibiotika. Blandt de uløste spørgsmål om fagterapi er den ufuldstændige karakterisering af fagernes biologi - en biologi, der kunne give mulighed for utilsigtede konsekvenser på grund af fagernes egen hurtige udvikling og reproduktion, samt potentielle toksiner, som vira kan bære. Et andet problem er alt-eller-intet-aspektet af fagterapi, tilføjede hun.

"Det er svært at analysere effekten af ​​en fagbehandling, " sagde hun. "Du ser måske, at det virker fuldstændig, eller du ser det måske fuldstændigt mislykkes, men du har ikke den form for dosisrespons, du ønsker."

For at overkomme disse udfordringer, Chen -laboratoriet udviklede en metode til kontrolleret fagterapi.

"Det vi gjorde var at konjugere fagene til guldnanoroder, "forklarede hun. Disse" phanorods "blev påført bakterier på in vitro kulturer af pattedyrsceller og derefter udsat for nær-infrarødt lys.

"Når disse nanorods er foto-exciterede, de oversætter energien fra lys til varme, " sagde Chen, "og det skaber meget høje lokale temperaturer."

Varmen er nok til at dræbe bakterierne, og det dræber også fagerne, forhindre enhver uønsket yderligere udvikling. Resultatet er et styret missil af målrettet fagterapi, der også giver mulighed for dosiskontrol. Laboratoriet fandt succes med at ødelægge E. coli, P. aeruginosa og V. cholerae - menneskelige patogener, der forårsager akutte symptomer, hvis de ikke kontrolleres. De var også i stand til at ødelægge X. campestris, en bakterie, der forårsager råd i planter.

I et samarbejde med UC Santa Barbaras maskiningeniør Beth Pruitt, laboratoriet fastslog, at mens varmen med succes ødelagde bakterier og fag, mere end 80% af pattedyrscellekulturen under bakteriernes biofilm overlevede.

"Dette spørgsmål om, hvorvidt det skader pattedyrsvæv, er meget vigtigt, " sagde Chen. "Arbejde inden for nanoteknologi og nanomedicin, der behandler bakterielle infektioner, indikerer, at når det ikke er målrettet, det belaster virkelig det omgivende væv. "

Laboratoriet planlægger at undersøge andre mulige fager til bekæmpelse af andre bakterier, muligvis konstruktion af en fototermisk metode, der kunne behandle flere bakterielle infektioner.