Ny strategi for lægemiddeldesign:At holde kobberatomer tættere på for at holde bakterier væk

Opdagelsen af ​​antibiotika var et kæmpe gennembrud inden for medicin, som hjalp med at redde utallige liv. Desværre, deres udbredte anvendelse har ført til den hurtige udvikling af meget resistente bakteriestammer, som truer med at tage menneskeheden tilbage på plads i kampen mod infektionssygdomme. Selvom forskere søger nye designkoncepter for antibakterielle lægemidler, den samlede udvikling af nye agenter er i øjeblikket faldende.

For at løse dette alvorlige problem, forskere ved Tokyo University of Science, Japan, undersøger en ny tilgang til at øge den in vivo antibakterielle aktivitet af hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ), et almindeligt brugt desinfektionsmiddel. I en nylig undersøgelse offentliggjort i Makromolekylær hurtig kommunikation , et team ledet af adjunkt Shigehito Osawa og professor Hidenori Otsuka rapporterede om deres succes med at forbedre H ₂ O ₂ aktivitet ved hjælp af omhyggeligt skræddersyede kobberholdige polymerer.

For at forstå deres tilgang, det hjælper at vide, hvordan H ₂ O ₂ virker i første omgang mod bakterier, og den rolle, som kobber spiller. H ₂ O ₂ kan nedbrydes til en hydroxylradikal (OH) og en hydroxidanion (OH−), den førstnævnte er meget giftig for bakterier, da den let ødelægger visse biomolekyler. Kobber i sin første oxidationstilstand, Cu (I), kan katalysere splittelsen af ​​H ₂ O ₂ i en hydroxylradikal og en hydroxidanion, bliver til Cu (II) i processen gennem oxidation. Mærkeligt nok, H ₂ O ₂ kan også katalysere reduktionen af ​​Cu (II) til Cu (I), men kun hvis denne reaktion på en eller anden måde lettes. En måde at opnå dette på er at få Cu (II) -holdige komplekser til at komme tæt nok sammen.

Imidlertid, ved anvendelse af Cu (II) -holdige komplekser opløst i en opløsning, den eneste måde, hvorpå de kan komme tæt på hinanden, er ved et uheld at støde på hinanden, hvilket kræver en for høj koncentration af kobber. Teamet fandt en løsning på dette problem ved at hente inspiration fra cellulær kemi, som Dr. Osawa forklarer:"I levende organismer, kobber danner komplekser med proteiner for effektivt at katalysere redoxreaktioner. For eksempel, tyrosinase har to kobberkomplekssteder i umiddelbar nærhed af hinanden, hvilket letter dannelsen af ​​reaktionsmellemprodukter mellem iltarter og kobberkomplekser. Vi troede, at vi kunne udnytte denne type mekanisme i kunstigt producerede polymerer med kobberkomplekser, selvom det er spredt i en opløsning. "

Med denne idé, forskerne udviklede en lang polymerkæde med dipicolylamin (DPA) som kobberholdige komplekser. Disse DPA -kobberkomplekser blev knyttet til den lange polymere rygrad som "vedhængende grupper". Når disse polymerer er dispergeret i en opløsning, Cu (II) -atomer i de vedhængende grupper holdes tæt på og lokalt høje densiteter, øger chancerne for, at to af dem vil være tæt nok til at reduceres til Cu (I) med H ₂ O ₂ . Gennem forskellige forsøg, forskerne demonstrerede, at brugen af ​​disse skræddersyede polymerer resulterede i højere katalytisk aktivitet for splittelsen af ​​H ₂ O ₂ , hvilket resulterer i mere OH, selv for lavere koncentrationer af kobber. Yderligere test med Escherichia coli -kulturer viste, at disse polymerer i høj grad forstærkede det antibakterielle potentiale for H ₂ O ₂ .

Mens resultaterne af denne undersøgelse åbner en ny designvej for antimikrobielle lægemidler, der kan også være nyttige applikationer i fødevareindustrien. "Fordi kobber er et vigtigt næringsstof for levende organismer, det antibakterielle middel, der blev udviklet i denne undersøgelse, lover godt som et effektivt fødevarekonserveringsmiddel, som kan bidrage til at øge de forskellige fødevarer, der kan bevares over lange lagretider, "fremhæver Dr. Osawa. Lad os håbe, at denne nye strategi gør det lettere for os at holde mikroskopiske trusler i skak.