Nanopartikler belagt med antibiotika eliminerer lægemiddelresistente bakterier

En ny strategi til bekæmpelse af antibiotika-resistente bakterier er blevet beskrevet af brasilianske forskere i Videnskabelige rapporter , et online tidsskrift ejet af Springer Nature.

Metoden består i at belægge nanopartikler, der er lavet af sølv og silica – potentielt giftige for både mikroorganismer og menneskelige celler – med et lag antibiotika. På grund af kemisk affinitet, det resulterende nanofarmaceutiske middel virker kun på patogenerne og er inert over for organismen.

"Vi brugte antibiotika som en slags lokkemad for at få nanopartiklerne til at målrette bakterierne med en stor mængde af lægemidlet. Lægemidlets kombinerede virkning med sølvionerne viste sig i stand til at dræbe selv resistente mikroorganismer, " sagde Mateus Borba Cardoso, en forsker ved National Energy &Materials Research Center (CNPEM).

Projektet er støttet af FAPESP og er en del af en forskningslinje, der har til formål at udvikle systemer til at gøre handlingen af ​​nanopartikler selektiv.

I tidligere artikler, gruppen viste, at nanopartikler også kan bruges til at gøre anti-cancer kemoterapi mere effektiv ved at levere lægemidlet direkte til tumorceller og efterlade sunde celler intakte. Nanopartiklerne kan også anvendes til potentielt inaktivering af HIV i transfusionsblodposer, for eksempel.

"Der er kommercielle lægemidler, der indeholder nanopartikler, som typisk tjener til at overtrække den aktive ingrediens og forlænge dens levetid inde i organismen. Vores strategi er en anden. Vi dekorerer overfladen af ​​nanopartiklerne med visse kemiske grupper, der leder dem til det sted, hvor de er designet til at virke, så de er meget selektive, " sagde Cardoso.

I den seneste artikel, gruppen beskrev et skema til at syntetisere nanopartikler bestående af en sølvkerne overlejret med porøs silica for at tillade passage af ioner. Flere molekyler af antibiotikummet ampicillin blev påført overfladen i et arrangement, der, ifølge Cardoso, var langt fra tilfældigt.

"Vi brugte molekylær modellering til at finde ud af, hvilken del af ampicillinmolekylet, der interagerede mest med bakteriemembranen, "sagde han." Vi arrangerede derefter alle lægemidlets molekyler, så denne centrale del vendte udad fra nanopartiklen, øger sandsynligheden for interaktion med patogenet."

Hubert Karl Stassen, fra Chemistry Institute ved Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS), samarbejdede på det molekylære modelleringsstadium.

Effektiviteten af ​​nanoantibiotikum sammenlignet med konventionel ampicillin blev vurderet ved hjælp af to forskellige stammer af Escherichia coli, en bakterie, der normalt bebor pattedyrenes tarmflora, og som kan forårsage madforgiftning i visse situationer.

I den ikke-resistente stamme, næsten 100 % af mikroorganismerne døde, når de blev angrebet både af ampicillin i dens konventionelle form og af lægemidlet kombineret med sølv. I den resistente stamme, imidlertid, kun nanoantibiotikummet var effektivt.

Det næste trin var at teste effekten på humane nyreceller. Sølv- og silicananopartiklerne uden ampicillin viste sig at være meget giftige, mens konventionelt ampicillin og ampicillin kombineret med sølv viste sig at være lige sikkert.

"Konfokale mikroskopibilleder viser, at udover at være giftfri, nanopartiklen belagt med ampicillin forstyrrer ikke cellecyklussen. Faserne af mitose forløber uden ændringer, " sagde Cardoso.

Efter hans opfattelse samme strategi kunne bruges til at bekæmpe andre bakteriearter, der har udviklet resistens over for antibiotika. Ud over, lægemidlet påført på overfladen af ​​nanopartiklerne kan varieres for at behandle forskellige typer infektion.

Imidlertid, systemet har én ulempe:fordi sølv og silica er uorganiske, nanopartiklerne metaboliseres ikke og har derfor en tendens til at opbygge sig i organismen.

"Vi ved endnu ikke, hvor opbygningen sker, eller hvilken effekt den har, " sagde Cardoso. "For at finde ud af det, vi bliver nødt til at lave test på dyr. Under alle omstændigheder, Vi fortsætter med at forbedre systemet for at gøre det mere sikkert. "

En mulighed ville være at bruge et andet antibiotikum med en anden komponent end sølv i kernen. En anden ville være at udvikle en nanopartikel, der er lille nok til at blive udskilt i urinen.

I mellemtiden Cardoso tilføjede, i sin nuværende form, nanoantibiotikumet kan bruges til at behandle ekstreme tilfælde, såsom hospitalsinfektioner, der ikke reagerer på konventionelle antibiotika.