Antimicrobiële nanonetten vertonen multifunctionaliteit door ontstekingsreacties tijdens sepsis te verminderen

Farmaceutische wetenschappers van de National University of Singapore (NUS) hebben multifunctionele synthetische peptide-nanonetten ontwikkeld voor het verlichten van ontstekingen veroorzaakt door bacteriële infecties. Dit wordt bereikt door gelijktijdige invanging van bacteriële endotoxinen en pro-inflammatoire cytokines.

Endotoxemie wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van endotoxinen in het bloed. Deze endotoxinen kunnen worden vrijgegeven door gramnegatieve pathogenen zoals E. coli tijdens systemische infecties. Wanneer ze niet worden gecontroleerd, kunnen inflammatoire reacties van de gastheer resulteren in uitgebreide weefselbeschadiging en septische shock, die gepaard gaan met een hoog sterftecijfer. Helaas zijn eerdere onderzoeksinspanningen om gerichte therapieën tegen sepsis te ontwikkelen grotendeels mislukt vanwege de complexe aard van interacties tussen pro- en anti-inflammatoire mediatoren.

Een meer recente benadering richt zich op multi-cytokine voor een beter beheer van septische complicaties. Een onderzoeksteam onder leiding van universitair hoofddocent Rachel Ee van de afdeling Farmacie, NUS, toonde aan dat antibacteriële peptide-nanonetten aanvullende functionaliteiten kunnen hebben om ontstekingsreacties te verminderen die vaak worden geassocieerd met bacteriële infecties.

Deze bevindingen zijn gebaseerd op het eerdere rapport van het team over het ontwerp van antimicrobiële peptiden die in staat zijn tot zelfassemblage in situ in nanonetten die bacteriën vangen. Ontstekingsremmende activiteit werd bereikt door het vermogen van de nanonetten om endotoxinen te binden en in te sluiten die vrijkomen door gramnegatieve pathogenen, en ontstekingsmediatoren geproduceerd door gastheermacrofagen. Van belang is dat de kationische nanonetten selectief pro-inflammatoire cytokines vasthielden terwijl ze de ontstekingsremmende cytokines minimaal binden. Het team bereikte deze wenselijke specificiteit door te profiteren van het algehele verschil in netto lading tussen deze twee verschillende groepen cytokines.

De nieuwe studie is gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde zorgmaterialen.

Bovendien resulteerde het lipopolysaccharide (LPS)-bindende effect in het herstel van de antimicrobiële activiteit van colistine, een laatstelijnstherapie, tegen gramnegatieve pathogenen. Dit is met name het eerste gerapporteerde geval van multifunctionele peptide-nanonetten met langetermijneffecten bij het verlichten van de schade van septische complicaties in meerdere stadia. Biologische evaluaties van de peptidenanonetten met behulp van een acuut longletselmodel toonden hun werkzaamheid aan bij het verlagen van het niveau van pro-inflammatoire cytokines in de bronchoalveolaire vloeistof van met endotoxine geïnoculeerde muriene modellen. Het resulterende peptide-effect was vergelijkbaar met het controlegeneesmiddel dexamethason.

Prof. Ee zei: “Onze op peptiden gebaseerde nanonetten hebben een uniek therapeutisch potentieel getoond als een multifunctioneel biomateriaal voor holistische behandeling van sepsis. In de toekomst hopen we hun optimalisatie voor klinisch gebruik voort te zetten.”