Wetenschappers tonen aan dat door licht geactiveerde boren op nanoschaal pathogene schimmels kunnen doden

Die hardnekkige voetschimmelinfectie die naar schatting 70% van de mensen op een bepaald moment in hun leven krijgt, zou veel gemakkelijker te verwijderen kunnen worden dankzij boren op nanoschaal die worden geactiveerd door zichtbaar licht.

Bewezen effectief tegen antibioticaresistente infectieuze bacteriën en kankercellen, zijn de moleculaire machines ontwikkeld door Rice University-chemicus James Tour en medewerkers net zo goed in het bestrijden van infectieuze schimmels, volgens een nieuwe studie gepubliceerd in Geavanceerde wetenschap.

Gebaseerd op het werk van Nobelprijswinnaar Bernard Feringa, zijn de moleculaire machines van de Tour-groep verbindingen op nanoschaal waarvan de peddelvormige keten van atomen in één richting beweegt wanneer ze worden blootgesteld aan zichtbaar licht. Dit veroorzaakt een boorbeweging waardoor de machines in het oppervlak van cellen kunnen boren en ze doden.

“Dr. Tour stelde de vraag of ze ook schimmels kunnen doden, die nog nooit eerder waren onderzocht”, zegt hoofdauteur Ana Santos, een Rice-alumna die momenteel een Marie Curie Global Postdoctoral Fellow is bij Fundación Instituto de Investigación Sanitaria Islas. Balearen in Spanje. “Onze studie is de eerste die aantoont dat deze moleculen inderdaad ook effectief kunnen zijn tegen schimmels.”

Schimmelinfecties vormen met name een bedreiging voor patiënten met een verzwakt immuunsysteem, zoals kankerpatiënten en ontvangers van transplantaties. De kosten van de behandeling van bacteriële infecties alleen al in de VS worden geschat op meer dan 7 miljard dollar per jaar.

COVID-19 heeft de zaken erger gemaakt. Immunosuppressiva werden in het begin van de pandemie veel gebruikt om het risico op langdurige orgaanschade als gevolg van een overactief immuunsysteem als reactie op het virus te verminderen, een tactiek waardoor schimmelinfecties zich konden vermenigvuldigen.

“In de nasleep van die eerste golf van de pandemie begonnen artsen een toename te zien van gevallen van mucormycose, of ‘zwarte schimmel’, een normaal gesproken zeldzame schimmelinfectie die een longontsteking-achtige ziekte veroorzaakt, als gevolg van overmatig gebruik van immunosuppressiva. ,’ zei Santos. “We willen een manier ontwikkelen om schimmelinfecties te bestrijden die een verzwakt immuunsysteem niet verder belasten, en we hopen dat deze moleculaire machines een manier kunnen zijn om dat te doen.”

Santos zei dat overmatig gebruik van antischimmelmiddelen in de landbouw ook bijdraagt ​​aan resistentie bij mensen.

“Dit is een opkomend fenomeen dat we net beginnen te begrijpen,” zei ze. “Antifungale middelen worden in de landbouw gebruikt om schade aan gewassen als gevolg van schimmelaantasting tegen te gaan. De meeste antischimmelmiddelen die in de landbouw worden gebruikt, worden echter ook bij mensen gebruikt. Daarom kan overmatig gebruik van antischimmelmiddelen leiden tot resistentie, niet alleen bij de schimmels die plantenziekten, maar ook bij andere schimmels, ook die welke schadelijk kunnen zijn voor de mens.”

In tegenstelling tot de meeste antischimmelmiddelen, werd de ontwikkeling van resistentie tegen de door zichtbaar licht geactiveerde boren op nanoschaal niet gedetecteerd. Hun rotoren draaien 2-3 miljoen keer per seconde en zorgen ervoor dat schimmelcellen uiteenvallen door hun metabolisme te verstoren.

“Er zijn slechts een paar klassen antischimmelmiddelen in klinisch gebruik,” zei Santos. “Deze conventionele antischimmelmiddelen maken meestal gebruik van een van de weinige verschillende werkingsmechanismen, waaronder het remmen van de synthese van de schimmelcelwand, het richten op het schimmelcelmembraan of het remmen van de productie van ergosterol, wat een essentieel onderdeel is voor de normale structuur van het celmembraan van schimmels.

“Onze moleculen verschillen van conventionele antischimmelmiddelen doordat ze zich specifiek richten op wat we de krachtpatsers van de cel noemen, dat wil zeggen de mitochondriën,” vervolgde ze. Mitochondriën zijn verantwoordelijk voor de productie van adenosinetrifosfaat, of ATP, dat het cellulaire metabolisme aandrijft.

“Door zich op de mitochondriën te richten, verstoren onze moleculen het metabolisme van de cel, wat resulteert in een algehele energie-onbalans die leidt tot een ongecontroleerde stroom van water en ionen zoals calcium in de cel, waardoor de cel uiteindelijk explodeert”, legt Santos uit.