Geneesmiddel-resistente bacteriën - Ontwerpen van nanodeeltjes voor hoge antibioticumdoses

Zeer gerichte nanodeeltjes die enorme doses bestaande antibiotica afleveren, zouden kunnen worden gebruikt om de afweer van drugbestendige bacteriën te overbelasten, onderzoekers van Brigham en Women's Hospital en MIT rapporteerden in het tijdschrift ACS Nano. De auteurs legden uit dat de ontwikkeling van nieuwe antibiotica die effectief kunnen worden gebruikt voor een groeiend aantal bacteriën die resistent zijn geworden tegen bestaande medicijnen, een enorme uitdaging is geworden.
De wetenschappers hebben dit doel nagestreefd door een nanodeeltje te ontwikkelen dat het immuunsysteem binnendringt, zich richt op de infectieplaatsen en vervolgens een gerichte antibioticumaanval uit te voeren.
Volgens de vooraanstaande auteur, Aleks Radovic-Moreno, die een MIT-student is, zou deze strategie de bijwerkingen van sommige antibiotica verlagen en de heilzame bacteriën beschermen die gewoonlijk in het menselijk lichaam leven.
De nieuwe nanodeeltjes werden gemaakt van een polymeer met polyethyleenglycol (PEG), dat gewoonlijk wordt gebruikt voor de toediening van geneesmiddelen vanwege de niet-toxische eigenschappen ervan en omdat het kan helpen nanodeeltjes door de bloedbaan te transporteren zonder te worden gedetecteerd door het immuunsysteem. De onderzoekers hebben vervolgens de deeltjes geïnduceerd om zich specifiek op bacteriën te richten. Eerdere pogingen om deeltjes op bacteriën te richten door ze een positieve lading te geven die hen aantrekt tot de negatief geladen celwanden van bacteriën zijn niet succesvol geweest, aangezien het immuunsysteem de neiging heeft om positief geladen nanodeeltjes uit het lichaam te verwijderen voordat ze bacteriën kunnen tegenkomen.
Het team slaagde erin om deze hindernis te overwinnen door het ontwerpen van antibiotica dragende nanodeeltjes, die hun lading kunnen veranderen afhankelijk van hun omgeving, bijvoorbeeld, terwijl ze in de bloedsomloop circuleren, de deeltjeslading licht negatief is, maar bij het tegenkomen van een infectieplaats, winnen ze een positieve lading, die hen in staat stelt om stevig aan bacteriën te binden en hun nuttige medicijn af te geven.
De schakelaar wordt aangeroepen vanwege de enigszins zure omgeving van bacteriën. Infectieplaatsen kunnen iets zuurder zijn in vergelijking met normaal lichaamsweefsel, omdat de bacteriën die ziekten veroorzaken zich snel reproduceren en zuurstof uitputten. Onvoldoende zuurstofniveaus veroorzaken echter een verandering in het bacteriële metabolisme, wat hen ertoe aanzet organische zuren te genereren. De immuuncellen van het lichaam proberen te helpen - neutrofielen cellen beginnen zuren te produceren om de bacteriën te consumeren.
De nanodeeltjes hebben een pH-gevoelige laag die is gemaakt van lange ketens van het aminozuur histidine net onder de buitenste PEG-laag. Wanneer het pH-niveau van 7 naar 6 daalt, d.w.z. wanneer het zure wordt, heeft het polyhistidinemolecuul de neiging protonen te verkrijgen die het molecuul een positieve lading geven.
De nanodeeltjes beginnen met het vrijmaken van hun nuttige lading, die is ingebed in de kern van het deeltje, zodra ze zich binden aan bacteriën. De onderzoekers hebben de deeltjes ontworpen om vancomycine af te geven, dat wordt gebruikt voor de behandeling van geneesmiddelresistente infecties. Het is echter mogelijk om de deeltjes aan te passen om andere antibiotica of combinaties van medicijnen af ??te geven. Met toenemende zuurgraad verliezen veel antibiotica hun werkzaamheid. Het team ontdekte echter dat antibiotica gedragen door nanodeeltjes hun potentie beter behouden dan traditionele antibiotica. De huidige versie van nanodeeltjes loost haar medicijnpeil over een tot twee dagen.
Radovic-Moreno opmerkingen:
"Je wilt niet gewoon een korte uitbarsting van drugs, omdat bacteriën kunnen herstellen zodra het medicijn is verdwenen. Je wilt een langdurige afgifte van medicijnen, zodat bacteriën constant worden geraakt met grote hoeveelheden drugs totdat ze zijn uitgeroeid."
De onderzoekers stellen dat hoewel verdere ontwikkeling nodig is, ze denken dat de hoge doses die hun deeltjes afleveren uiteindelijk kunnen helpen om bacteriële resistentie te overwinnen.
Radovic-Moreno concludeert:

"Wanneer bacteriën resistent zijn tegen geneesmiddelen, betekent dit niet dat ze niet meer reageren, maar dat ze reageren, maar alleen in hogere concentraties. En de reden waarom je deze niet klinisch kunt bereiken, is omdat antibiotica soms giftig zijn, of niet blijven die site van infectie lang genoeg. "

De aanpak kan te maken hebben met één mogelijk obstakel, aangezien er ook negatief geladen cellen en eiwitten zijn op infectiesites die in staat zijn om te concurreren met bacteriën in binding aan nanodeeltjes en ze mogelijk kunnen belemmeren om zich aan bacteriën te binden. De onderzoekers onderzoeken momenteel in welke mate dit de werkzaamheid van hun nanodeeltjesafgifte kan beperken; ze zullen ook dierstudies uitvoeren om te bepalen of de deeltjes pH-gevoelig blijven in het lichaam en lang genoeg circuleren om hun doelen te bereiken.
Interessant gerelateerd artikel:
"Nanotechnologie in de geneeskunde: enorm potentieel, maar wat zijn de risico's?" (Catharine Paddock PhD)
Geschreven door Petra Rattue