Nanosponge Mops Up MRSA Toxin In Bloodstream

Wetenschappers in de VS hebben kleine sponzen gemaakt van nanodeeltjes vermomd als rode bloedcellen die een breed scala aan gevaarlijke gifstoffen in het bloed kunnen opnemen, zoals bacteriën zoals MRSA en E colien zelfs slang en bijengif. Ze suggereren dat hun technologie, waarvan tot nu toe is aangetoond dat ze werkt bij muizen, een nieuwe manier biedt om toxines te verwijderen die worden veroorzaakt door een breed scala van pathogenen.
Het team, van de afdeling NanoEngineering en het Moores Cancer Center van de Universiteit van Californië (UC), San Diego, rapporteert zijn bevindingen in het 14 april online nummer van het tijdschrift Natuur Nanotechnologie.
Nanostructurering houdt zich bezig met het manipuleren van stukjes materiaal die zo klein zijn, ze worden gemeten in nanometers of een miljardste van een meter (10 min 9 meter). Het zou ongeveer een miljoen stukjes materiaal in nanometers moeten zijn om de punt van een speld te bedekken.
In dit geval hebben de "nanosponzen" die de onderzoekers hebben ontwikkeld een diameter van ongeveer 85 nanometer en zijn ze gemaakt van een biocompatibele polymere kern gewikkeld in segmenten van rode bloedcellen membranen.
Senior auteur Liangfang Zhang, een hoogleraar nanoengineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering, zegt in een persverklaring dat hun nanosponzen een nieuwe manier bieden om toxines uit de bloedbaan te verwijderen:
"In plaats van specifieke behandelingen voor individuele toxines te ontwikkelen, ontwikkelen we een platform dat toxines kan neutraliseren die worden veroorzaakt door een breed scala aan pathogenen, waaronder MRSA en andere antibioticaresistente bacteriën."
Zhang en collega's suggereren ook dat hun werk zou kunnen leiden tot niet-soortspecifieke behandelingen voor giftige slangenbeten en bijensteken. Dit maakt het waarschijnlijker dat mensen met een verhoogd risico en de professionals die hen behandelen levensreddende therapieën beschikbaar hebben wanneer ze deze het meest nodig hebben.

Nanosponsen Vernietigen het bereik van porievormende toxinen, bijvoorbeeld van MRSA

De nanosponzen zijn in staat om "porievormende toxinen" te vernietigen, dat zijn stoffen die cellen vernietigen door gaten in hun membranen te porren.
Omdat ze verschillende porievormende toxines kunnen absorberen, ongeacht hun moleculaire samenstelling, bieden ze een significant voordeel ten opzichte van andere antitoxine-technologieën die vereisen dat elk toxinetype een eigen op maat gemaakte anti-toxine heeft, zegt het team.
Voor de studie testten Zhang en zijn collega's hoe goed hun nanosponges behandeld werden met alfa-haemolysine-toxine van MRSA bij muizen.
Pre-injecteren van de muizen met de nanosponzen stelde 89% van hen in staat om dodelijke doses van het toxine te overleven. Het geven van de injectie na de dodelijke dosis resulteerde in 44% overleving.
Het team streeft ernaar goedgekeurde therapieën te ontwikkelen met behulp van hun aanpak. Een van de eerste toepassingen die ze willen ontwikkelen, is een behandeling voor MRSA. Daarom kozen ze ervoor om een ??van de meest virulente toxines te bestuderen die de resistente bacterie produceert.

Nanosponzen bedekt met rode bloedcelmembraan

Een van de eerste soorten cellen die porievormende gifstoffen aanvallen zodra ze in het lichaam komen, zijn rode bloedcellen. Wanneer een groep gifstoffen in dezelfde cel prikt, vormt het een porie waarin een ongecontroleerde ionenstroom stroomt, waardoor de cel sterft.
Omdat ze bedekt zijn met rode bloedcelmembraan lijken de nansponzen op rode bloedcellen en dienen ze als lokmiddelen om de toxines te verzamelen. De sponzen absorberen de schadelijke gifstoffen, waardoor ze worden afgeleid van hun cellulaire doelen.
Om de nanosponzen in de membranen of vellen van rode bloedcellen te bedekken, scheidde het team eerst de rode bloedcellen van een klein bloedmonster in een centrifuge en bracht ze vervolgens in een oplossing die ervoor zorgt dat ze opzwellen en barsten. Hierdoor komt het hemoglobine vrij en blijven de rode bloedcellen achter.

Vervolgens vermengden ze de huid van rode bloedcellen met de bolvormige nanosponzen totdat ze werden bekleed met een rode bloedcelmembraan.
Vanwege de betreffende schubben heeft slechts één bloedcelmembraan genoeg huid om vele duizenden nanosponzen te bedekken (de sponzen zijn ongeveer 3000 kleiner dan een rode bloedcel).

Nanosponges vermomd als rode bloedcellen Ontwijk immuunsysteem

Een ander voordeel van het bedekken van de nanosponzen in de membranen van rode bloedcellen is dat ze een tijdje in de bloedbaan kunnen overleven voordat ze worden aangevallen door het immuunsysteem.
In een eerdere studie had het team al laten zien hoe nanodeeltjes vermomd als rode bloedcellen kunnen worden gebruikt om kanker medicijnen direct aan tumoren te geven.
In deze studie hadden de nanspongs een halfwaardetijd van 40 uur in de bloedbaan van de muis. Uiteindelijk werden zowel de nanosponzen als hun gevangengenomen toxische ladingen veilig afgebroken in de lever, zonder aantoonbare schade.

Elke nanosponge dweilt een hoop toxische moleculen op

Slechts één dosis van de nanosponzen is voldoende om de bloedstroom te overstromen, overtreffen de rode bloedcellen en onderscheppen de toxines.
Experimenterend met de sponzen in reageerbuizen, ontdekte het team dat elke nanospons behoorlijk wat moleculen van elk toxine kon absorberen, afhankelijk van het toxine.
Een enkele nanosponge kan bijvoorbeeld ongeveer 85 moleculen van het alfa-hemolysine-toxine dat door MRSA wordt geproduceerd, opzuigenof 30 stretpolysine-O-toxinen of 850 melittine monomeren, beide toxinen in bijengif.

Bij muizen vonden de onderzoekers nanosponzen en alfa-haemolysine-toxine samen in een verhouding van 1 nanosponge tot elke 70 moleculen toxine, neutraliseerden het toxine en veroorzaakten geen aantoonbare schade.
Het team wil de nanosponzen nu testen in klinische onderzoeken.
Fondsen van de National Science Foundation, het National Institute of Diabetes en de spijsvertering en Kidney Diseases hielpen de studie te financieren.
Nanoengineering is een snel groeiend veld dat materialen maakt met opmerkelijk gevarieerde en nieuwe eigenschappen, en met enorm potentieel in vele sectoren, gaande van gezondheidszorg tot constructie en elektronica.In de geneeskunde belooft nanotechnologie een revolutie teweeg te brengen in de aflevering van medicijnen, gentherapie, diagnostica en vele gebieden van onderzoek, ontwikkeling en, zoals uit deze studie blijkt, klinische toepassing.
Wetenschappers geloven ook dat nanowetenschap en nanotechnologie kunnen helpen om hersenactiviteit in kaart te brengen voor de hersenen wat het Human Genome Project deed voor genetica.

Geschreven door Catharine Paddock PhD