Nanomateriale med lyskontakt dræber Gram-negative eller Gram-positive bakterier

Infektioner associeret med sundhedsvæsenet er et almindeligt problem ved suppurerende sårpleje, ligesom stigningen i multi-drug-resistente bakterier. For effektivt og selektivt at bekæmpe bakterielle infektioner har et team af forskere udviklet et bakteriedræbende nanomateriale udstyret med en fotokemisk "lyskontakt", der kan rettes mod enten Gram-positive eller Gram-negative bakterier.

Som holdet rapporterer i deres undersøgelse offentliggjort i Angewandte Chemie , kan dets effektivitet mod MRSA udvides til andre selektive bakterielle infektioner.

Antibiotika-resistente infektioner er blevet et presserende folkesundhedsproblem, især i hospitalsmiljøer. Mange af de pågældende bakteriearter er udbredte i naturen, men kan forårsage meget mere alvorlige, nogle gange ubehandlelige, infektioner hos immunkompromitterede patienter.

Baktericide materialer tilbyder en ny tilgang til bekæmpelse af sundhedsrelaterede infektioner, der ikke er afhængige af antibiotika. Mrinmoy De og kolleger fra Indian Institute of Science i Bengaluru, Indien, er nu lykkedes med at producere et UV-synligt-lys-responsivt nanomateriale, der kan skiftes til at målrette enten Gram-positive eller Gram-negative bakterier.

Begge bakterietyper har meget forskellige ydre membranstrukturer og sammensætninger. Gram-positive bakterier, herunder methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA), har en bakteriel membran hovedsageligt sammensat af peptidoglycaner.

I modsætning hertil har gramnegative bakterier, herunder Pseudomonas aeruginosa, en anden sundhedsassocieret bakterie med problematisk resistens over for bredbåndsantibiotika, både indre og ydre membran hovedsageligt sammensat af fosfolipider med et tyndt peptidoglycanlag. "Det er vigtigt at opnå stamme-selektiv bakteriedræbende aktivitet," siger De.

For at opnå et bakteriedræbende middel, der selektivt kunne interagere med begge kemiske overflader, designede teamet et funktionaliseret nanomateriale lavet af molybdændisulfid (MoS₂ ) med azobenzendele, hvortil positivt ladede kvaternære aminogrupper var bundet. Mens MoS₂ er et baktericid, og de kvaternære aminogrupper tillader membrandepolarisering, introducerer azobenzendelene en lysdrevet switch i nanostrukturen fra en aflang trans til en buet cis-form for at skabe selektive overfladeinteraktioner.

Holdet brugte adskillige kemiske sonder og optiske målinger til at fastslå, at både cis- og trans-formerne af nanomaterialet dræbte bakterier, om end på meget forskellige måder.

For den Gram-negative P. aeruginosa depolariserede trans-formen bakteriemembranen og gennemborede den grundigt. Dette tillod MoS₂ nanomateriale til at generere intracellulære reaktive oxygenarter og dræbe bakterierne. Omvendt reagerede den Gram-positive MRSA-stamme mere effektivt på cis-formen. I dette tilfælde blev cellevæggen beskadiget og sprængt af specifikke interaktioner.

Ved blot at "vende" UV-kontakten fra trans-grundtilstand til cis-tilstand, var holdet i stand til at kontrollere selektiviteten for begge bakterietyper. De demonstrerede effektiviteten af ​​deres nanomateriale ved succesfuldt at hele MRSA-inficerede sår i musemodeller. Sårene lukkede fuldstændigt efter 10 dage, når de blev behandlet med cis-reagenset, hurtigere end den sædvanlige antibiotikabehandling med vancomycin.

Flere oplysninger: Jagabandhu Sahoo et al., Photo-Controlled Gating of Selective Bacterial Membrane Interaction and Enhanced Antibacterial Activity for Wound Healing, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202314804

Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition , Angewandte Chemie

Leveret af Wiley