Nanofaktorer:Stop af bakterielle infektioner uden antibiotika

(PhysOrg.com) - Ny forskning ved A. James Clark School of Engineering kunne forhindre bakterielle infektioner ved hjælp af små biokemiske maskiner - nanofaktorer - der kan forvirre bakterier og forhindre dem i at sprede sig, uden brug af antibiotika.

Et papir om forskningen findes i det aktuelle nummer af Naturnanoteknologi . "Konstruerede biologiske nanofaktorer udløser kvorumsensorreaktion hos målrettede bakterier, "blev forfattet af Clark School -alumnen Rohan Fernandes (Ph.D. '08, bioingeniør), kandidatstuderende Varnika Roy (molekylær og cellebiologi), kandidatstuderende Hsuan-Chen Wu (bioingeniør), og deres rådgiver, William Bentley (professor og formand, Fischell Institut for Bioingeniør).

Gruppens arbejde er en opdatering af deres originale nanofabrikker, først udviklet i 2007. Disse nanofabrikker brugte små magnetiske bits til at guide dem til infektionsstedet.

"Dette er en helt ny, all-biologisk version, "siger han." De nye nanofabrikker er selvstyrede og målrettede. Vi har for første gang demonstreret, at de er i stand til at finde en bestemt slags bakterier og få den til at kommunikere, et meget finere niveau for automatisering og kontrol. "

De nye nanofabrikker kan fortælle forskellen mellem dårlige (patogene) og gode bakterier. For eksempel, vores fordøjelseskanaler indeholder et vist niveau af gode bakterier, der hjælper os med at fordøje mad. De nye nanofabrikker kunne målrette netop mod de dårlige bakterier, uden at forstyrre niveauerne af gode bakterier i fordøjelseskanalen (en almindelig bivirkning af mange antibiotika). Nanofaktorer målretter bakterierne direkte frem for at rejse gennem kroppen, en anden fordel i forhold til traditionelle antibiotika.

Bakterieceller taler til hinanden i en form for celle-til-celle kommunikation kendt som kvorumføling. Når cellerne fornemmer, at de har nået en bestemt mængde, en infektion kan udløses. De biologiske nanofaktorer udviklet på Clark School kan afbryde denne kommunikation, forstyrre cellernes handlinger og lukke en infektion ned.

Alternativt kan nanofabrikkerne kunne narre bakterierne til at fornemme et beslutningsdygtighed for tidligt. Dette ville få bakterierne til at forsøge at danne en infektion, før der er nok bakterieceller til at gøre skade. Dette ville tilskynde til et naturligt immunsystemrespons, der er i stand til at stoppe dem uden brug af medicin.

Fordi nanofabrikker er designet til at påvirke kommunikation i stedet for at forsøge at dræbe bakterierne, de kan hjælpe med at behandle sygdom i tilfælde, hvor en bakteriestamme er blevet resistent over for antibiotika.

"Arbejdet af Dr. Bentley er ekstremt spændende, da han bruger teknikens evne til at" bygge "ved hjælp af naturbaserede komponenter, "siger Philip Leduc, lektor i afdelingerne for mekanisk og biomedicinsk teknik og Lane Center for Computational Biology and Biological Sciences ved Carnegie Mellon University. "At forstå videnskaben om celler er vidunderligt, men at bruge disse komponenter og konstruere systemer, der udnytter biologiske fordele, er et stort skridt fremad. Hans arbejde i dette papir anvender hans syntetiske biologiske tilgang til at opbygge nye nanofabrikker mod nye områder af antimikrobielle midler samt åbne nye fund inden for kvorumfølelse. "

Nanofabrikkenes evne til at ændre celle-til-celle kommunikation er ikke begrænset til at bekæmpe infektioner.

"Kvorumssensor- og signalmolekyler bruges faktisk til at opnå mange ting, "Bentley forklarer." Nogle gange udvikler sygdom sig, fordi kommunikation ikke finder sted - et godt eksempel er fordøjelsesforstyrrelser, der involverer en ubalance af bakterier i fordøjelseskanalen. I det tilfælde, nanofabrikker kunne bruges til at starte eller øge kommunikationen i stedet for at forstyrre den. "