Nanomaterialer brugt som bredspektrede antimikrobielle midler for første gang

I et betydeligt gennembrud i kampen mod antibiotikaresistens, et forskerhold fra Indian Institute of Science (IISc) har syntetiseret et nanomateriale, der efterligner et enzym og kan nedbryde cellemembranerne i en række sygdomsfremkaldende bakterier. Studiet, offentliggjort i tidsskriftet ACS Applied Bio Materials, er et samarbejde mellem forskere fra Institut for Uorganisk og Fysisk Kemi (IPC) og Institut for Mikrobiologi og Cellebiologi (MCB).

Opdagelsen af ​​antibiotika revolutionerede medicinområdet. I 1960'erne, mange sundhedseksperter mente endda, at kampen mod infektionssygdomme var i sin sidste fase. Imidlertid, de seneste årtier har oplevet en ny udfordring - udviklingen af ​​resistens over for antibiotika i patogene bakterier.

Antibiotika virker typisk ved at forstyrre bakteriens cellulære aktiviteter. Gennem mange generationer, tak for en stor del for misbrug og overforbrug af antibiotika, flere bakterier har udviklet resistens over for antibiotika ved at producere deres egne enzymer, der er målrettet mod stofferne.

Cellemembraner for alle organismer, herunder bakterier, har to lag lipider indeholdende fosfatmolekyler. "Phospholipid er en vigtig komponent i cellemembranen, "forklarer Kapudeep Karmakar, en tidligere ph.d. studerende på MCB og den fælles første forfatter på dette papir sammen med Kritika Khulbe, tidligere ph.d. Studerende på IPC. Derfor, forskerne besluttede at målrette mod disse fosfolipider ved hjælp af nanomaterialer, der ville bryde bindingerne, der holdt membran -dobbeltlaget sammen. Disse nanomaterialer er kendt som nanozymer. Ifølge forfatterne, da nanozymerne direkte retter sig mod phospholipidernes kemiske integritet for at ødelægge cellemembranen, bakterier er mindre tilbøjelige til at kunne udvikle resistens mod dem.

For at udvikle denne nye forbindelse, holdet syntetiserede et ceriumoxidbaseret nanozym ved hjælp af en såkaldt kemisk co-præcipitationsmetode. I det næste trin, de udførte en reaktion mellem ceriumoxid og natriumpolyacrylat i en basisk opløsning til belægning af nanopartiklerne med polymerer. Polymerbelægningen gør det muligt for nanozymet at sprede sig på enhver overflade eller materiale og øger dets aktivitet.

Nanomaterialet blev derefter testet i laboratoriet på flere potentielt patogene bakterier som f.eks Salmonella Typhi, Shigella flexneri , Escherichia coli , Vibrio cholerae og Klebsiella pneumoniae , som forårsager tyfus, gastroenteritis, dysenteri, henholdsvis kolera og lungebetændelse. Hvad teamet fandt ud af var, at nanozymet stoppede deres vækst og efterfølgende hæmmede dannelsen af ​​biofilm - et tæt pakket bakteriefællesskab.

"De fleste antibiotika er ikke i stand til at trænge igennem biofilm. Vores nanomaterialer kunne trænge igennem selv en 10-dages gammel, veludviklet biofilm og viste antibakteriel aktivitet inde i biofilmen på grund af deres lille størrelse, "siger Khulbe.

Forskerne testede også nanozymen på urinkateter. Disse medicinske anordninger er sårbare over for dannelse af patogen biofilm på deres overflader, fører til infektioner hos patienter. I et laboratorium, teamet fandt ud af, at den bakterielle vedhæftning til kateteroverfladen reducerer betydeligt ved behandling med nanozymet. Fordi nanozymet ikke skelner mellem humane og mikrobielle celler, forskerne strategisk belagt kun den indre overflade af kateteret for at dræbe mikroberne. For at bruge deres nanomateriale i andet medicinsk udstyr, mere forskning ville være påkrævet for at sikre, at der ikke er kontakt mellem menneskelige celler og nanozymerne.