De ontdekking van antibiotica was een enorme doorbraak in de geneeskunde, die talloze levens heeft helpen redden. Helaas, het wijdverbreide gebruik ervan heeft geleid tot de snelle evolutie van zeer resistente bacteriestammen, die de mensheid dreigen terug te brengen naar het begin in de strijd tegen infectieziekten. Hoewel onderzoekers op zoek zijn naar nieuwe ontwerpconcepten voor antibacteriële geneesmiddelen, de algemene ontwikkeling van nieuwe agenten loopt momenteel terug.

Om dit ernstige probleem aan te pakken, wetenschappers van de Tokyo University of Science, Japan, onderzoeken een nieuwe benadering om de in vivo antibacteriële activiteit van waterstofperoxide (H ₂ O ₂ ), een veelgebruikt desinfectiemiddel. In een recente studie gepubliceerd in Macromoleculaire snelle communicatie , een team onder leiding van assistent-professor Shigehito Osawa en professor Hidenori Otsuka rapporteerde hun succes bij het verbeteren van H ₂ O ₂ activiteit met behulp van zorgvuldig op maat gemaakte koperhoudende polymeren.

Om hun aanpak te begrijpen, het helpt om te weten hoe H ₂ O ₂ werkt in de eerste plaats tegen bacteriën, en de rol die koper speelt. H ₂ O ₂ kan worden ontleed in een hydroxylradicaal (OH) en een hydroxide-anion (OH−), de eerste is zeer giftig voor bacteriën omdat het bepaalde biomoleculen gemakkelijk vernietigt. Koper in zijn eerste oxidatietoestand, Cu(I), kan de splitsing van H . katalyseren ₂ O ₂ in een hydroxylradicaal en een hydroxide-anion, verandert in Cu(II) in het proces door oxidatie. nieuwsgierig, H ₂ O ₂ kan ook de reductie van Cu(II) tot Cu(I) katalyseren, maar alleen als deze reactie op de een of andere manier wordt vergemakkelijkt. Een manier om dit te bereiken is om Cu(II)-bevattende complexen dicht genoeg bij elkaar te laten komen.

Echter, bij gebruik van Cu(II)-bevattende complexen opgelost in een oplossing, de enige manier waarop ze dicht bij elkaar kunnen komen, is door per ongeluk tegen elkaar aan te botsen, waarvoor een te hoge concentratie koper nodig is. Het team vond een oplossing voor dit probleem door inspiratie te putten uit cellulaire chemie, zoals Dr. Osawa uitlegt:"In levende organismen, koper vormt complexen met eiwitten om redoxreacties efficiënt te katalyseren. Bijvoorbeeld, tyrosinase heeft twee kopercomplexplaatsen die dicht bij elkaar liggen, wat de vorming van reactietussenproducten tussen zuurstofspecies en kopercomplexen vergemakkelijkt. We dachten dat we dit type mechanisme konden gebruiken in kunstmatig geproduceerde polymeren met kopercomplexen, zelfs als verspreid in een oplossing."

Met dit idee, de onderzoekers ontwikkelden een lange polymeerketen met dipicolylamine (DPA) als koperhoudende complexen. Deze DPA-kopercomplexen waren als "hangende groepen" aan de lange polymeerruggengraat gehecht. Wanneer deze polymeren in een oplossing worden gedispergeerd, de Cu(II)-atomen in de hangende groepen worden dicht bij elkaar gehouden en lokaal met hoge dichtheden, de kans dat twee van hen dicht genoeg bij elkaar liggen om door H . te worden gereduceerd tot Cu(I) enorm vergroot ₂ O ₂ . Door verschillende experimenten, de wetenschappers toonden aan dat het gebruik van deze op maat gemaakte polymeren resulteerde in een hogere katalytische activiteit voor de splitsing van H ₂ O ₂ , wat resulteert in meer OH, zelfs voor lagere concentraties koper. Verdere tests met Escherichia coli-culturen toonden aan dat deze polymeren het antibacteriële potentieel van H . aanzienlijk verbeterden ₂ O ₂ .

Hoewel de resultaten van deze studie een nieuwe weg openen voor het ontwerp van antimicrobiële geneesmiddelen, er kunnen ook nuttige toepassingen zijn in de voedingsindustrie. "Omdat koper een essentiële voedingsstof is voor levende organismen, het antibacteriële middel dat in deze studie is ontwikkeld, is veelbelovend als een efficiënt voedselconserveringsmiddel, die zouden kunnen bijdragen aan het vergroten van de verscheidenheid aan voedingsmiddelen die gedurende lange houdbaarheidstijden kunnen worden bewaard, benadrukt Dr. Osawa. Laten we hopen dat deze nieuwe strategie het voor ons gemakkelijker maakt om microscopisch kleine bedreigingen op afstand te houden.