Het elimineren van resistente bacteriën met nanodeeltjes

Nieuwe nanodeeltjes ontwikkeld door onderzoekers van ETH Zürich en Empa detecteren multiresistente bacteriën die zich in lichaamscellen verbergen en doden ze. Het doel van de wetenschappers is om een ​​antibacterieel middel te ontwikkelen dat effectief is waar conventionele antibiotica niet effectief blijven.

In de wapenwedloop “mensheid tegen bacteriën” lopen bacteriën momenteel voor op ons. Onze vroegere wonderwapens, antibiotica, falen steeds vaker wanneer ziektekiemen lastige manoeuvres gebruiken om zichzelf tegen de effecten van deze medicijnen te beschermen. Sommige soorten trekken zich zelfs terug in de menselijke cellen, waar ze “onzichtbaar” blijven voor het immuunsysteem. Deze bijzonder gevreesde ziekteverwekkers zijn onder meer multiresistente stafylokokken (MRSA), die levensbedreigende ziekten zoals sepsis of longontsteking kunnen veroorzaken.

Om de ziektekiemen in hun schuilplaatsen op te sporen en te elimineren, ontwikkelt een team van onderzoekers van ETH Zürich en Empa nu nanodeeltjes die een heel ander werkingsmechanisme gebruiken dan conventionele antibiotica: hoewel antibiotica moeite hebben om menselijke cellen binnen te dringen, zijn deze nanodeeltjes kan het membraan van aangetaste cellen binnendringen. Eenmaal daar kunnen ze de bacteriën bestrijden.

Bioglas en metaal

Het team onder leiding van Inge Herrmann, een professor Nanoparticulate Systems aan de ETH Zürich en onderzoeker aan Empa in St. Gallen, gebruikte ceriumoxide, een materiaal met antibacteriële en ontstekingsremmende eigenschappen in de vorm van nanodeeltjes. De onderzoekers combineerden het ceriumoxide met een bioactief keramisch materiaal dat bekend staat als bioglas en synthetiseerden nanodeeltjeshybriden van de twee materialen.

In celkweek en met behulp van elektronenmicroscopie onderzochten ze de interacties tussen de hybride nanodeeltjes, menselijke cellen en bacteriën. Toen de wetenschappers met bacteriën geïnfecteerde cellen behandelden met de nanodeeltjes, begonnen de bacteriën in de cellen op te lossen. Als de onderzoekers echter specifiek de opname van de hybride deeltjes in de cellen blokkeerden, was de antibacteriële werking verdwenen.

Ontwikkeling van resistentie minder waarschijnlijk

Het exacte werkingsmechanisme van de deeltjes is nog niet volledig begrepen. Het is aangetoond dat andere metalen ook antimicrobiële effecten hebben. Cerium is echter minder giftig voor menselijke cellen dan bijvoorbeeld zilver. Wetenschappers gaan er momenteel van uit dat de nanodeeltjes het celmembraan van de bacteriën aantasten, waardoor reactieve zuurstofsoorten ontstaan ​​die leiden tot de vernietiging van de ziektekiemen. Omdat het celmembraan van menselijke cellen anders is gestructureerd dan dat van bacteriën, worden onze cellen niet beïnvloed door dit proces.

De onderzoekers denken dat er minder kans is op resistentie tegen een dergelijk mechanisme. Vervolgens willen de onderzoekers de interacties van de deeltjes in het infectieproces meer in detail analyseren om de structuur en samenstelling van de nanodeeltjes verder te optimaliseren. Hun doel is om een ​​eenvoudig en robuust antibacterieel middel te ontwikkelen dat effectief is in geïnfecteerde cellen.