Nyt lægemiddelleveringssystem frigiver kun terapeutisk last, når der er bakterier til stede

Et team af forskere fra Brown University har udviklet et nyt responsivt materiale, der kun er i stand til at frigive indkapslet last, når patogene bakterier er til stede. Materialet kunne bruges til at lave sårforbindinger, der reagerer hurtigt på spirende infektioner, men kun leverer medicin efter behov.

Udviklingen er særlig relevant i lyset af den globale krise med antibiotikaresistens, siger forskerne, da materialet kan hjælpe med at bekæmpe infektioner og samtidig adressere resistensproblemet.

"Vi har udviklet et bakterie-udløst, smart lægemiddelleveringssystem," sagde Anita Shukla, en lektor ved Browns School of Engineering, som ledede materialets udvikling. "Vores hypotese er, at teknologier som denne, der reducerer mængden af ​​lægemiddel, der kræves for effektiv behandling, også kan reducere både bivirkninger og potentialet for resistens."

Det nye materiale, beskrevet i tidsskriftet ACS Applied Materials and Interfaces , er en hydrogel - et hydreret polymernetværk. Hydrogeler er yderst biokompatible og kan bruges til at indkapsle en række nanopartikler eller små molekyler. De bruges ofte i sårforbindinger. "Smarte" eller responsive hydrogeler dukker op som lovende platforme for lægemiddellevering. De kan fås til at reagere på det lokaliserede miljø - fremskynde eller sænke frigivelsen af ​​medicin som reaktion på temperatur, pH eller andre faktorer.

Til dette nye materiale udviklede Shukla og hendes team en hydrogel, der er følsom over for β-lactamaser, en klasse af enzymer, der frigives af en række forskellige skadelige bakterier. Tilstedeværelsen af ​​β-lactamaser får materialets tværbundne polymernetværk til at nedbrydes, hvilket frigiver de terapeutiske nanopartikler, der holdes indeni.

"Det interessante er, at β-lactamaser faktisk er en væsentlig årsag til antibiotikaresistens, da de ødelægger β-lactam-antibiotika, som er nogle af vores mest almindeligt ordinerede antibiotika," sagde Shukla. "Men vi har taget denne bakterielle forsvarsmekanisme og brugt den mod bakterierne."

I en række laboratorieforsøg viste Shukla og et hold af Brown-kandidatstuderende, at materialet faktisk er følsomt over for β-lactamaser, og frigiver kun nanopartikellast, når β-lactamaser eller β-lactamase-producerende bakterier var til stede. Ellers holdt materialet sin last indkapslet. Holdet planlægger at fortsætte med at udvikle og teste materialet, til sidst i de kliniske omgivelser som en sårforbinding, der kan reagere på nye infektioner.

"Vi mener, at dette er noget, der har potentialet til at blive oversat til klinikken," sagde Shukla. "Vi fortsætter med at arbejde hen imod det."

Yderligere forfattere på undersøgelsen er Dahlia Alkekhia og Cassi LaRose fra Brown's Center for Biomedical Engineering. + Udforsk yderligere

Ny indsigt i kampen mod antibiotikaresistens