Echografie-geactiveerde nanodeeltjes wissen biofilminfecties in laboratoriumtests weg

Onderzoekers van de Universiteit van Oxford hebben een nieuw medicijnafgiftesysteem ontwikkeld met behulp van echografie-geactiveerde nanodeeltjes om bacteriële biofilms te doorbreken en te vernietigen. Dit biedt een veelbelovende oplossing die de wereldwijde crisis van chronische antibioticaresistente infecties zou kunnen aanpakken die honderden miljoenen mensen wereldwijd treffen. Het werk is gepubliceerd in NPJ -antimicrobiële middelen en weerstand.

Bij maximaal 80% van de chronische infecties vormen bacteriën biofilms – een slijmerige substantie uitgescheiden door de bacteriën die een beschermende matrix om hen heen vormt. Biofilms leveren een belangrijke bijdrage aan antimicrobiële resistentie omdat ze bacteriën beschermen tegen zowel menselijke immuuncellen als antimicrobiële geneesmiddelen, waardoor hun resistentie tegen behandeling met maximaal 1.000-maal wordt vergroot. Biofilms zijn erg moeilijk te verwijderen zonder ze mechanisch op te breken, wat niet eenvoudig is om in het lichaam te doen.

Om dit aan te pakken, heeft een team van Oxford’s Department of Engineering Science en de Nuffield Department of Orthopedics, Rheumatology en Musculoskeletal Sciences (NDorms) (NDORMS) met antibiotica-geladen nanodeeltjes ontworpen.

Wanneer geactiveerd door echografie, verdampen deze snel en verstoren zowel fysiek biofilms en geven medicijnen rechtstreeks op de infectieplaats vrij. Echografie kan precies diep in het lichaam worden gericht, wat een belangrijk voordeel is voor het niet-invasief richten van infecties.

Professor Eleanor Stride, hoogleraar biomaterialen, Universiteit van Oxford en hoofdonderzoeker van het project, zei: “Innovatieve oplossingen zijn hard nodig om de actie van levensreddende antibiotica uit te breiden.

“Onze bevindingen zijn veelbelovend, omdat de behandeling van chronische infecties geassocieerd met de productie van biofilm een ​​uitdaging blijft in het licht van het verspreiden van antimicrobiële resistentie wereldwijd. De methoden die we in deze studie hebben gebruikt, zijn ontworpen met klinisch gebruik in gedachten en we kijken uit naar het ontwikkelen van dit systeem verder voor toepassing in de gezondheidszorg.”

De nanodeeltjes werden getest tegen 10 klinische bacteriestammen, waaronder E. coli en methicillineresistente Staphylococcus aureus (MRSA), die vier verschillende antibiotica leveren. Met bacteriën die geen biofilms vormden, verminderde de combinatie van de nanodeeltjes en echografie de antibioticaconcentratie die nodig is om hun groei met meer dan 10-voudig te voorkomen in vergelijking met conventionele behandeling.

Bij biofilminfecties was de combinatie nog effectiever, waardoor de antibioticaconcentratie meer dan 40-voudig nodig was en 100% van de bacteriën in klinisch haalbare doses elimineerde. Belangrijk is dat het systeem zeer effectief was tegen persisterscellen – stromende bacteriën die meestal in staat zijn om de behandeling te overleven en dus verantwoordelijk zijn voor infecties die terugkeren.

Het kan een zeer hoge dosis antibiotica kosten om deze cellen te doden, wat gevaarlijk of onmogelijk kan zijn om aan patiënten te geven. De nanodeeltjes verminderden de geneesmiddelconcentratie die nodig is om persisterscellen 25-voudig te elimineren in vergelijking met vrije antibiotica.

Biofilms worden aangetroffen in tal van moeilijk te behandelen infecties zoals chronische wonden, urineweginfecties, cystische fibrose-gerelateerde longinfecties en zelfs acne. Het team werkt nu aan het ontwikkelen van de productiemethode van de nanodeeltjes, zodat ze zo snel mogelijk klinisch kunnen worden getest.