Nano-ingenieurs aan de Universiteit van Californië, San Diego ontwikkelde een gel gevuld met toxine-absorberende nanosponzen die zouden kunnen leiden tot een effectieve behandeling van huid- en wondinfecties veroorzaakt door MRSA (methicilline-resistente Staphylococcus aureus ), een antibioticaresistente bacterie. Deze "nanospons-hydrogel" minimaliseerde de groei van huidlaesies bij muizen die besmet waren met MRSA - zonder het gebruik van antibiotica. De onderzoekers publiceerden onlangs hun bevindingen online in Geavanceerde materialen .

Om de nanospons-hydrogel te maken, het team mixte nanosponzen, dat zijn nanodeeltjes die gevaarlijke gifstoffen absorberen die door MRSA worden geproduceerd, E coli en andere antibioticaresistente bacteriën, in een hydrogel, dat is een gel gemaakt van water en polymeren. De hydrogel houdt de nanosponzen op hun plaats zodat ze gifstoffen op de geïnfecteerde plek kunnen verwijderen.

"We hebben de sterke punten van twee verschillende materialen gecombineerd - nanosponzen en hydrogels - om een ​​krachtige formule te creëren voor de behandeling van lokale bacteriële infecties, " zei Liangfang Zhang, nanoengineering professor aan de Jacobs School of Engineering aan de UC San Diego, die het team leidde. "Nanosponzen alleen zijn moeilijk te gebruiken op lokale weefsels omdat ze zeer snel naar andere delen van het lichaam diffunderen. Door de nanosponzen in een hydrogel te integreren, we kunnen ze vasthouden op de plaats van infectie."

Aangezien de behandeling met nanospons-hydrogel geen antibiotica omvat, de onderzoekers zeggen dat het waarschijnlijk niet zal worden beïnvloed door bestaande bacteriële antibioticaresistentie. Ook, omdat er geen antibiotica in het spel is, de behandeling zal er waarschijnlijk niet voor zorgen dat bacteriën nieuwe resistentie ontwikkelen.

Dit werk is een vervolg op een studie die het team presenteerde in Natuur Nanotechnologie in 2013. De vorige studie toonde aan dat nanosponzen schadelijke bacteriële gifstoffen in de bloedbaan absorbeerden en ze weghaalden van hun echte doelwit:rode bloedcellen. In deze nieuwe studie het team meldt dat het verwijderen van bacteriële toxines mogelijk kan leiden tot het opruimen van antibioticaresistente bacteriële infecties.

"Een manier om deze infecties te behandelen, is door de gifstoffen te verwijderen, die fungeren als een wapen en een verdedigingsschild voor de bacteriën die ze produceren, " zei Zhang. "We veronderstellen dat zonder de gifstoffen, de bacteriën worden aanzienlijk verzwakt en blootgesteld, waardoor het immuunsysteem van het lichaam ze gemakkelijker kan doden zonder het gebruik van medicijnen."

Behandeling met nanospons-hydrogel

Hoe werkt de nanospons-hydrogel behandeling? Elke nanospons is een nanodeeltje gecoat in een rode bloedcelmembraan. Deze coating vermomt de nanosponzen als rode bloedcellen, die de echte doelen zijn van de schadelijke toxines die door MRSA worden geproduceerd. Door zich voor te doen als rode bloedcellen, de nanosponzen trekken schadelijke gifstoffen aan en verwijderen ze uit de bloedbaan. Om ervoor te zorgen dat de nanosponzen gifstoffen van een specifieke plek verwijderen, zoals een geïnfecteerde huidwond, veel van hen moeten op die plek worden vastgehouden. Hier speelt de hydrogel een rol; het kan miljarden nanosponzen per milliliter op één plek bevatten. De poriën van de hydrogel zijn ook klein genoeg om te voorkomen dat de meeste nanosponzen ontsnappen, maar groot genoeg zodat gifstoffen gemakkelijk naar binnen kunnen komen en zich kunnen hechten aan de nanosponzen.

De onderzoekers toonden aan dat de nanospons-hydrogelbehandeling de grootte van huidlaesies veroorzaakt door MRSA-infecties beperkt. In muizen, de huidlaesies die werden behandeld met de nanospons-hydrogel waren significant kleiner dan die welke onbehandeld bleven.

"Na het injecteren van de nanospons-hydrogel op de geïnfecteerde plek, we zagen dat het de door de bacteriën uitgescheiden gifstoffen absorbeerde en verdere schade aan het lokale bloed voorkwam, huid en spierweefsel, " zei Zhang.

Het team toonde ook aan dat de hydrogel effectief was om de nanosponzen op hun plaats in het lichaam te houden. Twee dagen nadat de nanospons-hydrogel onder de huid van een muis was geïnjecteerd, bijna 80 procent van de nanosponzen werd nog op de injectieplaats gevonden. Toen nanosponzen werden geïnjecteerd zonder de hydrogel, slechts 20 procent van hen bleef na twee uur op de injectieplaats. De meeste diffunderen naar de omliggende weefsels.