Moleculaire oefeningen hebben het vermogen gekregen om dodelijke bacteriën te bestrijden en te vernietigen die resistentie hebben ontwikkeld tegen bijna alle antibiotica. In sommige gevallen, de oefeningen maken de antibiotica weer effectief.

Onderzoekers van de Rice University, Texas A&M-universiteit, Biola University en Durham (V.K.) University toonden aan dat gemotoriseerde moleculen die zijn ontwikkeld in het Rice-lab van chemicus James Tour, effectief zijn in het binnen enkele minuten doden van antibioticaresistente microben.

"Deze superbacteriën kunnen tegen 2050 10 miljoen mensen per jaar doden, manier kanker inhalen, " zei Tour. "Dit zijn nachtmerriebacteriën; ze reageren nergens op."

De motoren richten zich op de bacteriën en, eenmaal geactiveerd met licht, graven door hun buitenkant.

Terwijl bacteriën kunnen evolueren om antibiotica te weerstaan ​​door de antibiotica buiten te sluiten, de bacteriën hebben geen verdediging tegen moleculaire boren. Antibiotica die door de openingen van de boren kunnen komen, zijn opnieuw dodelijk voor de bacteriën.

De onderzoekers rapporteerden hun resultaten in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

Tour en Robert Pal, een Royal Society University Research Fellow in Durham en co-auteur van het nieuwe artikel, introduceerde de moleculaire boren voor het doorboren van cellen in 2017. De boren zijn peddelachtige moleculen die kunnen worden aangezet om te draaien met 3 miljoen rotaties per seconde wanneer ze worden geactiveerd met licht.

Tests door het Texas A&M-lab van hoofdwetenschapper Jeffrey Cirillo en voormalig Rice-onderzoeker Richard Gunasekera, nu bij Biola, effectief gedood Klebsiella pneumoniae binnen enkele minuten. Microscopische beelden van gerichte bacteriën lieten zien waar motoren door celwanden hadden geboord.

"Bacteriën hebben niet alleen een lipide dubbellaag, " zei Tour. "Ze hebben twee dubbellagen en eiwitten met suikers die ze met elkaar verbinden, dus dingen komen normaal gesproken niet door deze zeer robuuste celwanden. Daarom zijn deze bacteriën zo moeilijk te doden. Maar ze kunnen zich niet verdedigen tegen een machine als deze moleculaire boren, aangezien dit een mechanische actie is en geen chemisch effect."

De motoren verhoogden ook de gevoeligheid van K.-pneumonie voor meropenem, een antibacterieel middel waartegen de bacteriën resistent waren geworden. "Soms, wanneer de bacterie een medicijn ontdekt, het laat het niet binnen, " zei Tour. "Andere keren, bacteriën verslaan het medicijn door het binnen te laten en te deactiveren."

Hij zei dat meropenem een ​​voorbeeld is van het eerste. "Nu kunnen we het door de celwand krijgen, " zei Tour. "Dit kan ineffectieve antibiotica nieuw leven inblazen door ze te gebruiken in combinatie met de moleculaire oefeningen."

Gunasekera zei dat bacteriële kolonies die het doelwit waren van een kleine concentratie nanomachines alleen al tot 17% van de cellen doodden. maar dat nam toe tot 65% met de toevoeging van meropenem. Na het verder balanceren van motoren en het antibioticum, de onderzoekers waren in staat om 94% van de longontsteking veroorzakende ziekteverwekker te doden.

Tour zei dat de nanomachines hun meest directe effect kunnen zien bij de behandeling van de huid, wond, katheter- of implantaatinfecties veroorzaakt door bacteriën, zoals Staphylococcus aureus MRSA, klebsiella of pseudomonas - en darminfecties. "Op de huid, in de longen of in het maagdarmkanaal, overal waar we een lichtbron kunnen introduceren, we kunnen deze bacteriën aanvallen, " zei hij. "Of men zou het bloed door een lichtbevattende externe doos kunnen laten stromen en dan terug in het lichaam om door bloed overgedragen bacteriën te doden."

"We zijn in eerste instantie erg geïnteresseerd in de behandeling van wond- en implantaatinfecties, " zei Cirillo. "Maar we hebben manieren om deze golflengten van licht af te leveren aan longinfecties die talrijke sterfgevallen door longontsteking veroorzaken, cystische fibrose en tuberculose, dus we zullen ook behandelingen voor luchtweginfecties ontwikkelen."

Gunasekera merkte op dat door de blaas overgedragen bacteriën die urineweginfecties veroorzaken ook het doelwit kunnen zijn.

Het artikel is een van de twee die deze week door het Tour-lab zijn gepubliceerd en die het vermogen van microscopische nanomachines om ziekten te behandelen bevorderen. In de andere, die verschijnt in ACS Toegepaste Materialen Interfaces , onderzoekers van Rice en het MD Anderson Cancer Center van de Universiteit van Texas richtten zich op laboratoriummonsters van alvleesklierkankercellen en vielen ze aan met machines die reageren op zichtbaar in plaats van op het eerder gebruikte ultraviolette licht. "Dit is weer een grote vooruitgang, aangezien zichtbaar licht niet zoveel schade aan de omringende cellen zal veroorzaken, ' zei Tour.