Naar schatting 700, Jaarlijks sterven wereldwijd 000 mensen aan antibioticaresistente infecties, inclusief stammen van E coli , Stafylokokken , en longontsteking. En als de huidige trends zich voortzetten, sommige voorspellingen zeggen dat het jaarlijkse dodental in 2050 kan oplopen tot 10 miljoen, meer dan het aantal mensen dat door alle vormen van kanker samen wordt gedood.

Microscopische deeltjes, vervaardigd door diezelfde antibioticaresistente bacteriën, traditionele antibiotica zou kunnen vervangen en een oplossing zou kunnen bieden voor deze dreigende crisis, zegt Thomas Webster, een professor in de chemische technologie aan Northeastern.

Webster en zijn collega's gebruiken bacteriën om nanodeeltjes te produceren, metaaldeeltjes die tussen de één en 100 nanometer breed zijn. (Een enkele haar is ongeveer 80, 000 nanometer breed.) De onderzoekers hebben ontdekt dat deze nanodeeltjes bijzonder effectief zijn in het doden van elk type cel dat werd gebruikt om ze te maken, inclusief bacteriestammen die resistent zijn tegen traditionele antibiotica.

"Deze deeltjes die door levende organismen worden gemaakt, zijn eigenlijk beter dan die gemaakt door synthetische chemie, " zegt Webster, die ook de Art Zafiropoulo-leerstoel in Engineering aan Northeastern is. "Ze kunnen zich selectief richten op de bacteriën of cellen die ze hebben gemaakt."

Door hun kleine formaat, nanodeeltjes kunnen cellen vernietigen door ze van buitenaf te verstikken of cellulaire functies van binnenuit te verstoren. Het moeilijkste is ervoor te zorgen dat nanodeeltjes alleen de cellen doden die ze zouden moeten doen.

"We hebben veel zeer goede bacteriën in ons lichaam, " zegt Webster. "Je wilt gewoon de schadelijke doden."

Nanodeeltjes worden meestal synthetisch geproduceerd, met behulp van chemische reacties. Maar door bacteriën of andere cellen de juiste chemische verbinding te geven, de onderzoekers hebben in plaats daarvan de interne mechanismen van een cel kunnen gebruiken om nanodeeltjes te synthetiseren.

Hoewel de onderzoekers niet zeker weten waarom deze nanodeeltjes specifiek gericht zijn op hun makers, David Medina, een doctoraatsstudent in het laboratorium van Webster, zegt dat de bacteriën de nanodeeltjes verkeerd kunnen identificeren als 'vriendelijk'.

Bacteriële cellen kunnen elkaar herkennen. Ze kunnen optreden om iets te bestrijden dat als buitenlands wordt geregistreerd, maar ze kunnen naast elkaar bestaan ​​en samenwerken met hun eigen soort. Wanneer bacteriën nanodeeltjes maken, ze bedekken ze met een dunne halo van eiwit. Die eiwitlaag zorgt er mogelijk voor dat andere bacteriën van dezelfde soort ze als "vriendelijk" markeren en de nanodeeltjes dichtbij laten komen.

"De natuurlijke coating komt van de bacteriën, "zegt Medina. "Ze trekken het naar binnen, denken dat het iets is wat op hen lijkt. Maar dan, ze vinden een verrassing."

Door dit bedrog Medina verwijst naar de nanodeeltjes als 'nanometrische Trojaanse paarden'. En, zoals vaak gebeurt in de wetenschap, de ontdekking was een gelukkig toeval.

Webster's lab werkt al twee decennia met nanodeeltjes, hij zegt, maar zoals de meeste onderzoekers, ze maakten die nanodeeltjes door middel van synthetische chemie.

"Soms in dat proces je moet redelijk giftige materialen gebruiken, " zegt Webster. Toen Medina begon met zijn promotieonderzoek in het laboratorium, hij wilde zich richten op meer milieuvriendelijke methoden. "Door de inspanningen van David, we zijn een van de weinige laboratoria die echt pionieren op dit gebied dat we groene nanogeneeskunde noemen, waar je ofwel milieuvriendelijke materialen of levende organismen gebruikt om nanodeeltjes te maken."

Nanodeeltjes hebben veel potentiële toepassingen in de geneeskunde en andere gebieden, maar Medina besloot om te kijken of hij bacteriën zou kunnen doden. Hij begon kolonies cellen te kweken, metaalzouten mengen om ze te verwerken, en vervolgens de resultaten te zuiveren tot nanodeeltjes. Dan zou hij die nanodeeltjes mengen met een andere bacteriesoort, om te zien of de nanodeeltjes hen zouden kunnen doden.

Op een dag, hij maakte een fout.

"Ik was erg moe, "zegt Medina. "Ik was het experiment aan het voorbereiden, en in plaats van de nanodeeltjes te mengen met een andere bacterie, Ik heb ze met hetzelfde gemengd."

De nanodeeltjes, die bijna geen effect had op de bacteriën waarop hij ze wilde testen, effectief de bacteriën gedood die ze hebben gemaakt.

"David ontdekte dat als we MRSA [een antibioticaresistente Staphylococcus-bacterie] programmeren om een ​​nanodeeltje te maken, dat nanodeeltje MRSA selectief kan doden, ' zegt Webster. 'En dat zien we over het hele spectrum. Als je een borstkankercel hebt genomen en die cel hebt geprogrammeerd om een ​​nanodeeltje te maken, dat nanodeeltje selectiever is in het doden van borstkankercellen dan de gezonde cellen in je lichaam. Dat was totaal onverwacht."

Deze ontdekking is het centrum geworden van Medina's proefschrift, en zou een manier kunnen zijn om het stijgende aantal antibioticaresistente infecties te bestrijden. De onderzoekers onderzoeken ook het gebruik van deze methoden om kankerbehandelingen op basis van nanodeeltjes te ontwerpen.

"Het enige dat we bij deze inspanning verwachtten, was het aantal giftige chemicaliën dat we gebruiken om nanodeeltjes te maken, te verminderen. " zegt Webster. "Maar uiteindelijk hebben we een hele familie nanodeeltjes ontdekt die eigenlijk effectiever zijn in wat we willen dat ze doen:bacteriën doden, of tumorcellen doden."