(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van IBM en het Institute of Bioengineering and Nanotechnology ontdekten een doorbraak in de nanogeneeskunde waarbij nieuwe soorten polymeren werden aangetoond dat ze antibioticaresistente bacteriën en infectieziekten zoals Methicilline-resistente Staphylococcus aureus fysiek detecteren en vernietigen, bekend als MRSA.

Ontdekt door principes toe te passen die worden gebruikt in de productie van halfgeleiders, deze nanostructuren worden fysiek aangetrokken door geïnfecteerde cellen als een magneet, waardoor ze moeilijk te behandelen bacteriën selectief kunnen uitroeien zonder de gezonde cellen om hen heen te vernietigen. Deze middelen voorkomen ook dat de bacteriën resistentie tegen geneesmiddelen ontwikkelen door daadwerkelijk door de bacteriële celwand en het membraan te breken, een fundamenteel andere manier van aanvallen in vergelijking met traditionele antibiotica.

MRSA is slechts één type gevaarlijke bacterie die vaak op de huid wordt aangetroffen en die gemakkelijk wordt opgelopen in plaatsen zoals sportscholen, scholen en ziekenhuizen waar mensen nauw met elkaar in contact staan. In 2005, MRSA was verantwoordelijk voor bijna 95, 000 ernstige infecties, en geassocieerd met bijna 19, 000 sterfgevallen door ziekenhuisverblijf in de Verenigde Staten.

De uitdaging met infecties zoals MRSA is tweeledig. Eerst, resistentie tegen geneesmiddelen treedt op omdat micro-organismen kunnen evolueren om antibiotica effectief te weerstaan, omdat de huidige behandelingen hun celwand en membraan grotendeels onbeschadigd laten. Aanvullend, de hoge doses antibiotica die nodig zijn om zo'n infectie te doden, vernietigen zonder onderscheid gezonde rode bloedcellen naast besmette.

“Het aantal bacteriën in de palm van een hand overtreft de hele menselijke populatie, ” zei Dr. James Hedrick, Geavanceerde wetenschapper organische materialen, IBM Research-Almaden. "Met deze ontdekking hebben we tientallen jaren van materiaalontwikkeling die traditioneel wordt gebruikt voor halfgeleidertechnologieën kunnen benutten om een ​​geheel nieuw medicijnafgiftemechanisme te creëren dat ze specifieker en effectiever zou kunnen maken."

Indien commercieel vervaardigd, deze biologisch afbreekbare nanostructuren kunnen direct in het lichaam worden geïnjecteerd of topisch op de huid worden aangebracht, behandeling van huidinfecties door middel van consumentenproducten zoals deodorant, zeep, handreinigingsmiddel, tafeldoekjes en conserveermiddelen, en worden gebruikt om wonden te helpen genezen, tuberculose en longinfecties.

“Met behulp van onze nieuwe nanostructuren, we kunnen een levensvatbare therapeutische oplossing bieden voor de behandeling van MRSA en andere infectieziekten. Deze opwindende ontdekking integreert effectief onze capaciteiten in biomedische wetenschappen en materiaalonderzoek om belangrijke problemen bij de levering van conventionele medicijnen aan te pakken, ” zei dr. Yiyan Yang, Groepsleider, Instituut voor Bio-engineering en Nanotechnologie, Singapore.

Hoe het werkt

Het immuunsysteem van het menselijk lichaam is ontworpen om ons te beschermen tegen schadelijke stoffen, zowel binnen als buiten, maar om verschillende redenen veel van de huidige conventionele antibiotica worden door het lichaam afgestoten of hebben een beperkt succespercentage bij de behandeling van resistente bacteriën. De antimicrobiële middelen die zijn ontwikkeld door IBM Research en het Institute of Bioengineering and Nanotechnology zijn specifiek ontworpen om zich op een geïnfecteerd gebied te richten om een ​​systemische afgifte van het medicijn mogelijk te maken.

Zodra deze polymeren in of op het lichaam in contact komen met water, ze assembleren zichzelf tot een nieuwe polymeerstructuur die is ontworpen om zich op bacteriemembranen te richten op basis van elektrostatische interactie en door hun celmembranen en -wanden te breken. De fysieke aard van deze actie verhindert dat bacteriën resistentie ontwikkelen tegen deze nanodeeltjes.

De elektrische lading die van nature in cellen wordt aangetroffen, is belangrijk omdat de nieuwe polymeerstructuren alleen worden aangetrokken door de geïnfecteerde gebieden, terwijl de gezonde rode bloedcellen behouden blijven die het lichaam nodig heeft om zuurstof door het lichaam te transporteren en bacteriën te bestrijden.

In tegenstelling tot de meeste antimicrobiële materialen, deze zijn biologisch afbreekbaar, wat hun potentiële toepassing verbetert omdat ze van nature uit het lichaam worden geëlimineerd (in plaats van achter te blijven en zich op te hopen in organen).

De antimicrobiële polymeren die zijn gemaakt door IBM Research en het Institute of Bioengineering and Nanotechnology en zijn getest tegen klinische microbiële monsters door het State Key Laboratory for Diagnosis and Treatment of Infectious Diseases, Eerste aangesloten ziekenhuis, College of Medicine en Zhejiang University in China. Het volledige onderzoeksartikel is onlangs gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift Natuurchemie .

Onderzoekers van IBM passen principes uit nanotechnologie al toe om potentiële medische innovaties te creëren, zoals de DNA-transistor en 3D-MRI. Meest recent hebben ze gewerkt aan een eenstaps-point-of-care-diagnostische test op basis van een innovatieve siliciumchip die minder monstervolume nodig heeft, kan aanzienlijk sneller, draagbaar, makkelijk te gebruiken, en kan op vele ziekten testen. Nagesynchroniseerd met "Lab on a Chip, ” de resultaten zijn zo snel en nauwkeurig dat een klein monster van het bloed van een patiënt onmiddellijk na een hartaanval kan worden getest, zodat de arts snel actie kan ondernemen om de patiënt te helpen overleven.