Chemici van de National University of Singapore hebben onlangs ontdekt dat goud-zilver (Au-Ag) nanodeeltjes kunnen worden gebruikt om bacteriële infecties in beeld te brengen en gelijktijdig te behandelen.

De wereldwijde verspreiding van multiresistente bacteriële infecties vormt een grote bedreiging voor de volksgezondheid. Ze hebben geleid tot aanzienlijke morbiditeit en mortaliteit, aangezien er maar weinig antibacteriële middelen tegen hen effectief zijn. Ook, Biofilm-geassocieerde infecties zijn naar voren gekomen als een andere medische uitdaging vanwege het slechte vermogen van antibiotica om door de slijmlagen (extracellulaire polymere stoffen) te dringen die de bacteriën omsluiten. Antibacteriële middelen die deze problemen met de resistentie en aflevering van geneesmiddelen kunnen overwinnen, evenals het effectief in beeld brengen van de ernst van bacteriële infecties, zou veel toepassingen hebben op biomedisch gebied.

Een onderzoeksgroep onder leiding van Prof XU Qing-Hua van de afdeling Chemie, NUS ontdekte dat nanodeeltjes van edele metalen een veel sterkere twee-foton fotoluminescentie (2PPL) uitzenden wanneer ze samenklonteren en clusters vormen in oplossing. Het 2PPL-proces, die de emissie van licht bij kortere golflengten inhoudt via de absorptie van twee fotonen bij langere golflengten, is nuttig voor biologische beeldvorming, aangezien cellulair materiaal over het algemeen geen licht absorbeert bij langere golflengten (namelijk in het nabij-infrarood). Aangezien veel biologisch belangrijke soorten (bijv. bacteriën) de aggregatie van metalen nanodeeltjes kunnen veroorzaken, dit fenomeen heeft belangrijke implicaties bij het waarnemen van twee fotonen, beeldvorming en fototherapie voor biomedische toepassingen.

Onder de beschikbare nanodeeltjes van edelmetaal, het onderzoeksteam ontdekte dat Au-Ag-nanodeeltjes (Au-kern ingesloten in een Ag-schaal) de grootste verbetering in 2PPL tot 800 keer geven wanneer ze aggregaten vormen. In vergelijking, de versterkingsfactor is ongeveer 250 keer voor Au-nanodeeltjes van vergelijkbare grootte en vorm. Een grotere versterkingsfactor betekent dat de nanodeeltjes gevoeliger zijn voor subtiele veranderingen in de chemische omgeving. Voortbouwend op deze ontdekking, het onderzoeksteam toonde aan dat deze Au-Ag-nanodeeltjes mogelijk effectief kunnen worden gebruikt om bacteriële infecties in beeld te brengen en tegelijkertijd een antibacteriële behandeling te bieden.

Prof Xu zei, "Verbeterde excitatie met twee fotonen geeft de Au-Ag-nanodeeltjes sterke fotothermische effecten en superieure antibacteriële activiteit. Dit komt bovenop hun intrinsieke antibacteriële activiteit door het vrijkomen van zilverionen en het genereren van reactieve zuurstofsoorten, die verder worden verbeterd als gevolg van een verbeterde excitatie-efficiëntie. Door hun uitzonderlijke antibacteriële werking, In onze experimenten is aangetoond dat deze nanodeeltjes bacteriën in biofilms onder bijna-infraroodstraling (NIR) effectief uitroeien. De intrinsieke driedimensionale selectiviteit van excitatie met twee fotonen maakt het selectief doden van bacteriële cellen mogelijk zonder nabijgelegen gezonde cellen te beïnvloeden."

Toekomstige onderzoeksinspanningen om deze metalen nanodeeltjes uit te breiden met kankercel-specifieke bindingsgroepen kunnen hen mogelijk in staat stellen om te worden gebruikt als multifunctionele middelen voor veel biomedische toepassingen.