Bekæmper superbugs med nanoteknologi og lys

Et nyt værktøj dukker op i kampen mod antibiotika-resistente bakteriesygdomme. Ud over de globale bestræbelser på at begrænse overforbrug og misbrug af antibiotika, nanomedicin finder flere måder at angribe disse superbugs på.

Nanopartikler, en million gange mindre end en millimeter, viser sig at være stabile, nem at levere og let inkorporeret i celler.

I det seneste arbejde har en gruppe forskere ved University of Colorado, som jeg er medlem af, har brugt kvanteprikker i nanoskala – små halvlederpartikler med specifikke lysabsorberende egenskaber – til at dræbe lægemiddelresistente superbugs uden at skade det omgivende sunde væv.

Når først de er introduceret i kroppen, kvanteprikkerne gør ingenting, før de aktiveres ved at have et lys skinner på dem. Enhver synlig lyskilde (en lampe, rumlys eller endda sollys) kan bruges til dette. Indtil videre har vores forskning fokuseret på aktuelle infektioner på huden; dybere inde i kroppen, stærkere lys eller flere nanopartikler kan være nødvendige.

Når den aktiveres af lys, kvanteprikkerne begynder at generere elektroner, der binder sig til opløst ilt i cellerne, skaber radikale ioner. Disse ioner afbryder biokemiske reaktioner, som celler er afhængige af for kommunikation og grundlæggende livsfunktioner. På denne måde vi kan målrette og dræbe meget specifikke bakterieceller, der forårsager sygdomme.

Superbug -truslen

Antibiotika bruges ikke kun til at behandle aktive bakterielle infektioner; de gives også rutinemæssigt til patienter, der skal opereres, og mennesker med nedsat immunforsvar fra sygdomme som HIV og kræft.

Bakterier, der er resistente over for mere end ét antibiotisk lægemiddel – eller "superbugs, "som de almindeligvis kaldes - inficerer mere end 2 millioner amerikanere om året, og dræbe 23, 000 af dem. Globalt, de dræber mere end 700, 000 mennesker hvert år.

Fremskrivninger fra et britisk regeringsforskningspanel tyder på, at hvis det ikke er markeret, superbugs kunne dræbe mere end 10 millioner mennesker hvert år i 2050. Det ville langt overgå alle andre vigtige dødsårsager – inklusive diabetes, Kræft, diarré og trafikulykker. De økonomiske omkostninger anslås til 100 billioner USD i 2050.

Fokus på et mål

Der findes andre lægemidler i nanoskala til bekæmpelse af smitsomme bakterier. Når de udsættes for lys, de varmes op, dræber alle celler omkring dem-ikke kun de sygdomsfremkaldende. De kræver derfor specielle værktøjer såsom proteiner eller antistoffer, der selektivt klæber til ønskede celletyper, at levere dem til meget specifikke lokationer. Det kræver igen evnen til nøjagtigt at identificere målceller.

Vores metode er en forbedring, fordi den tillader mere specifik målretning af celler, der skal behandles. Kvanteprikker med forskellige størrelser og elektriske egenskaber kan hjælpe med at skabe forskellige forstyrrende ioner. Det kan give læger mulighed for at vælge forstyrrende stoffer til at dræbe invaderende bakterier uden at skade nærliggende sundt væv.

De aktiverede kvanteprikker forstyrrer balancen mellem kemiske processer, kaldet "reduktion-oxidation" eller "redox" for kort, i sygdomsfremkaldende bakterier for at dræbe dem.

Ved at bruge denne metode og kun en normal pære, vi var i stand til at fjerne en bred vifte af antibiotika-resistente bakterier. Bakterierne blev leveret til os i form af egentlige kliniske prøver fra University of Colorado School of Medicine. De inkluderede nogle af de farligste lægemiddelresistente infektioner:methicillin-resistente Staphylococcus aureus ; udvidet spektrum β-lactamase-producerende Klebsiella pneumoniae og Salmonella typhimurium ; multilægemiddelresistent Escherichia coli ; og carbapenem-resistent Escherichia coli .

Vi var også i stand til at lave nanopartikler med forskellige reaktioner på lys, herunder at have ingen respons eller endda forbedre cellulær reproduktion. Det er ikke ønskeligt at øge væksten af ​​superbugs, men denne opdagelse kan tillade os at fremme væksten af ​​nyttige bakterier, såsom i bioreaktorer, som kan hjælpe med fremstilling af biobrændstoffer og antibiotika.

Tager de næste trin

Hidtil har vores arbejde været i reagensglas i kontrollerede laboratorier; vores næste skridt er at studere denne teknik i dyr. Hvis det lykkes, denne teknologi kan sætte skub i kampen mod multiresistente bakterier på kort sigt og langt ud i fremtiden.

Måske, for eksempel, anspore til skabelsen af ​​en ny klasse af lysaktiverede lægemidler, føre til udvikling af specielle stoffer med LED-lys til fototerapi, og endda danne grundlag for selvdesinficerende overflader og medicinsk udstyr.

Og mens bakterierne vil fortsætte med at udvikle sig for at søge overlevelse, vores evne til at kontrollere den specifikke reaktion af kvanteprikkerne, når de først er aktiveret, kunne lade os bevæge os hurtigere i denne kamp, ​​hvor nederlag ikke er en mulighed.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.