Staphylococcus umgibt ein totes weißes Blutkörperchen. (Callista Images/Getty Images) Das Füllen der Taschen eines Keims mit Gold könnte eine praktische Möglichkeit sein, eine Infektion zu beenden. Es ist frustrierend, dass Wissenschaftler Schwierigkeiten hatten, diesen Wissensschatz in eine praktische antimikrobielle Therapie umzuwandeln.
Forscher der Southern University of Science and Technology und der Fudan University in China sowie der University of Leeds im Vereinigten Königreich haben sich kürzlich zusammengetan, um Goldnanocluster neu zu verpacken, um sie für Bakterien attraktiver und für unseren eigenen Körper weniger schädlich zu machen.
Durch die Verwebung des Goldes in zwei Moleküle mit unterschiedlicher elektrostatischer Klebrigkeit baute das Team ein Partikel auf, das das Potenzial hat, Löcher in die Abwehrkräfte vieler häufiger bakterieller Krankheitserreger zu schlagen, ohne herumzuhängen und umliegendes Gewebe zu schädigen.
Auf den ersten Blick scheint Gold kein naheliegendes Mittel zur Abtötung von Keimen zu sein. Zu einem feinen, nanoskaligen Staub zerkleinert, kann dieses schwere Element ernsthaften Schaden anrichten.
Eine Möglichkeit, wie Goldnanopartikel dies erreichen, besteht darin, chemische Reaktionen zu ermöglichen, die Sauerstoffspezies freisetzen, die die DNA schädigen können. Eine andere besteht darin, in die Zellmembranen einzugreifen und sie für verschiedene toxische Substanzen, wie etwa Antibiotika, durchlässiger zu machen. Sie können auch absorbieren Licht von einem Laser Mit großer Effizienz erhitzen und rösten sie ihre Umgebung.
Leider unterscheiden diese praktischen Methoden zur Infektionsbeseitigung nicht immer zwischen Bakterien und Wirt. Wir gefährden unsere eigenen Zellen aus Gold-Nanopartikel-Therapien.
Was benötigt wird, ist eine Möglichkeit, Bakterien dazu zu ermutigen, so viel Gold wie möglich aufzunehmen, und gleichzeitig sicherzustellen, dass unsere eigenen Zellen nicht dasselbe tun.
In den letzten Jahren haben Ingenieure das Verhalten von Goldnanopartikeln auf zwei Arten manipuliert.
Eine besteht darin, ihre Größe genau zu kontrollieren. Indem die Partikel unter zwei Nanometern gehalten werden, können sie besser durch unsere Nieren schlüpfen und so schneller aus unserem Körper ausgeschieden werden. Deshalb konzentrierten sich die Forscher darauf, die Größe ihrer Cluster auf nur 25 Atome zu begrenzen.
Die zweite besteht darin, „klebrige“ chemische Strukturen, sogenannte Liganden, einzubauen, die ihnen verschiedene Eigenschaften verleihen ermöglichen eine einfache Nachverfolgung oder helfen Steuern Sie die Form des Partikels .
In diesem Fall hoffte das Team durch die Anwendung eines positiv geladenen Liganden auf die Cluster, dass die negativ geladenen Bakterienzellen das Gold anziehen würden, so wie ein Pullover Katzenhaare anzieht.
Eine weitere Optimierung der Partikel, um die Wahrscheinlichkeit, dass sie den Körper des Wirts beeinträchtigen, noch geringer zu machen, würde einen großen Beitrag dazu leisten, die Goldtherapie in eine klinische Realität zu verwandeln. Frühere Studien hatten jedoch wenig Erfolg damit, Goldnanopartikel mit mehr als einem einzigen Ligandentyp zu bedecken, da Methoden zur Integration von Liganden mit unterschiedlichen Talenten tendenziell inkompatibel sind.
Dieses Mal hatte das Team eine Erfolgsformel, die auf einer Kombination einer positiv geladenen Verbindung namens „ Pyridinium und ein Zwitterion , eine Verbindung, die sowohl positiv als auch negativ geladene Gruppen aufweist.
Das Pyridinium trägt dazu bei, das Gold für Bakterien attraktiver zu machen. Das Zwitterion wurde aufgrund früherer Studien ausgewählt, die eine verbesserte Stabilität und eine erhöhte Kompatibilität mit tierischen Geweben zeigten.
Getestet am Methicillin-resistent Staphylococcus epidermidis (MRSE) hatten die angereicherten Goldnanocluster einen deutlichen Einfluss auf die Aggregationsfähigkeit der Bakterien. Es erzeugte auch reaktive Sauerstoffspezies und beeinträchtigte die Integrität seiner Membranen.
Besser noch: Bei der anschließenden Gabe verschiedener Antibiotika sank die Anzahl der Bakterien. In einem Fall verringerte sich die zur Hemmung des MRSE-Wachstums erforderliche Dosis um mehr als das Hundertfache.
Tests an Ratten mit MRSE-Hautinfektionen bestätigten, dass die Goldnanopartikel die Heilung unterstützten, ohne dass sie lästig wurden.
„Durch die systematische Abstimmung des Verhältnisses der beiden Liganden haben wir eine Möglichkeit gefunden, Goldnanocluster nicht nur als wirksame antimikrobielle Wirkstoffe zu nutzen, sondern auch als Mechanismus zur Steigerung der Wirksamkeit von Antibiotika, die aufgrund bakterieller Arzneimittelresistenzen unwirksam geworden sind.“ sagt Dejian Zhou, ein Chemieingenieur aus Leeds.
„Die Forschung ist von Bedeutung für die Art und Weise, wie wir über die Reaktion auf antimikrobielle Resistenzen nachdenken sollten.“
Zunehmende Antibiotikaresistenz ist eines der dringendsten Probleme der modernen Medizin und droht, einige unserer wertvollsten Abwehrmaßnahmen gegen Infektionen unbrauchbar zu machen.
Neue Wege finden Bakterien abzutöten ist schön und gut. Es wäre aber auch eine große Erleichterung, Wege zu finden, um an unserem Bestand an bestehenden Behandlungen festzuhalten.
Dies könnte im wahrsten Sinne des Wortes eine einmalige Gelegenheit sein, uns eine zweite Chance zum Schutz vor Krankheiten zu geben, die im Laufe der Geschichte so viele Menschenleben gefordert haben.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Chemische Wissenschaft .