Lanthanide nanohybriden zijn veelbelovend bij de behandeling van longbiofilminfecties

Bacteriële biofilminfecties behoren tot de belangrijkste oorzaken van morbiditeit en mortaliteit bij patiënten met cystische fibrose of patiënten met een verzwakt immuunsysteem. De behandeling van biofilminfecties omvat doorgaans een intensieve antibioticatherapie. Er is een dringende behoefte aan goed ontworpen middelen om in vivo diagnose en nauwkeurige anti-biofilmtherapie te bereiken zonder bacteriële resistentie. Helaas is er geen effectief middel ontworpen om deze taken adequaat uit te voeren.

In een studie gepubliceerd in ACS Nanobereikte een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Chen Xueyuan van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) niet-invasieve fototheranostiek in een muizenmodel met door biofilm geïnduceerde Pseudomonas aeruginosa longinfectie.

Onderzoekers vervaardigden nieuwe zonnebloemachtige gestructureerde alginaatlyase (Aly)-NaNdF₄ nanohybriden via een verrijkings-inkapselingsstrategie, die een uitstekende fotothermische conversie-efficiëntie vertoonde, de tweede nabij-infrarood (NIR-II) luminescentie-emissie, evenals een ideale deeltjesgrootte voor afgifte aan de longen.

Wanneer Aly-NaNdF₄ nanohybriden bevonden zich in met biofilm geïnfecteerde longen, pH-responsieve Aly-moleculen kwamen vrij uit de mesoporiën van nanohybriden als gevolg van de zure omgeving, wat resulteerde in gerichte afbraak van biofilms. Tegelijkertijd vertoonden de nanohybriden een sterke positieve lading die hun hechting aan bacteriën versterkte, waardoor het verblijf van nanohybriden in de longen werd verlengd.

Door de luminescentie-intensiteit van nanohybriden in de longen te monitoren, kon de omvang van de infectie en de therapeutische effectiviteit in realtime worden geëvalueerd.

Onderzoekers toonden aan dat de nanohybriden een sterke uitroeiing van biofilms bereikten door gebruik te maken van het synergetische effect van Aly en fotothermische therapie. De levensvatbaarheid van P. aeruginosa in vitro was met 5,3 log verminderd₁₀, waardoor een desinfecterende werking wordt bereikt. Het aantal bacteriën in de longen van de behandelde muizen werd met 94% verminderd.

Met name werden de nanohybriden voornamelijk gemetaboliseerd in de lever en de milt, en konden ze in principe op dag acht na intraveneuze injectie uit het lichaam worden verwijderd, waardoor de potentiële toxiciteit van nanomaterialen op de lange termijn effectief werd vermeden.

Deze studie is een verkenning van op biofilm gerichte theranostische nanoagentia voor inwendige orgaaninfecties op basis van luminescerende lanthanide nanohybriden, wat van groot belang is om onderzoek naar precisiegeneeskunde en de klinische praktijk bij de behandeling van biofilm-geassocieerde infecties te vergemakkelijken.