Omdat superbacteriën steeds gevaarlijker worden voor de menselijke gezondheid, hebben onderzoekers van NC State een zacht materiaal ontwikkeld dat medicijnen kan bewaren die infecties kunnen behandelen zonder het risico van antimicrobiële resistentie.

Met zijn collega Christopher Gorman van de afdeling Scheikunde en studenten Ryan Smith en Juliana O'Brien, ontwikkelde Stefano Menegatti, een universitaire faculteitswetenschapper en een universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire engineering, nieuwe dendrimeren - zeer gestructureerde macromoleculen - die als een lijm fungeren rond nanodeeltjessjablonen. Dergelijke sjablonen omvatten bacteriofagen, dit zijn virussen die schadelijke bacteriën in het lichaam kunnen infecteren en aanvallen. Hoewel ze een alternatief kunnen zijn voor traditionele antibiotica, kunnen ze moeilijk te formuleren en te stabiliseren zijn als medicijn. Om veilig en effectief te blijven, moeten therapeutische bacteriofagen worden beschermd tegen veranderingen in de omgeving.

Menegatti en zijn team ontdekten dat dendrimeren in combinatie met korte ketens van aminozuren of peptiden nanodeeltjes kunnen omringen en ze onder verschillende omstandigheden stabiel kunnen houden. Hun team noemt deze dendrimeren DendriPeps. Omdat nanodeeltjes in water gesuspendeerd zijn, houden deze oplosbare DendriPeps ze in een gesloten, stabiel systeem.

"Deze dendrimeercoatings behouden het watergehalte in een virus terwijl ze fungeren als een protonenspons en beschermen het virus tegen zout- of pH-veranderingen", zei Menegatti. "Het is een zachte maar ondoordringbare barrière. Het zorgt voor een mooie omgeving voor het virus."

Zodra DendriPeps nanodeeltjes heeft gecoat, veroorzaakt gelokaliseerde afschuiving hun afgifte en hun therapeutische activiteit. Zachte materialen kunnen worden ontworpen om fysiek en chemisch te reageren op prikkels zoals temperatuur, druk en vocht. Shear is een ideale stimulans voor toepassingen voor medicijnafgifte, omdat het bijna alomtegenwoordig is in het hele lichaam. Oogleden veroorzaken afschuiving bij het knipperen; afval schuift de darmwand af tijdens de spijsvertering; afschuiving ontstaat wanneer men iets op de huid wrijft. Hierdoor kan DendriPeps lokale infecties behandelen.

"Shear is vaak een vergeten stimulus," zei Menegatti. "Met deze uitvinding wilden we die leemte opvullen en Dendrieps bood een geweldige kans om dat te doen."

When a cluster of DendriPep-coated nanoparticles is sheared, it degranulates, releasing the single particles. These particles can in turn release a therapeutic payload, or, like the bacteriophages, infect and kill dangerous bacteria. When therapeutic action is not needed, shear is removed and the particles are recoated with DendriPeps and recluster. This stops the payload release.

This formulation can protect bacteriophages. This offers a way of replacing antibiotics in some critical applications:The widespread use of antibiotics has developed superbugs—bacteria that are resistant to standard doses of antibiotics. The research team is also developing more DendriPep-based nanomedicines to deliver new drugs like viral vectors in gene therapy.

In the past few years, Menegatti has been honored as a Goodnight Early Career Innovator and an NC State Faculty Scholar. He has also received an ALCOA Foundation Research Achievement Award, a Chancellor's Innovation Fund grant, and an NSF Early Career award. Currently, his research has shifted toward gene therapy manufacturing technology and creating more efficient production processes. It's in a similar vein to his dendrimer research:He's seeking ways to overcome natural and systematic hurdles in biomedicine. His goal is to improve manufacturing of and access to better medicine.

"DendiPeps could be the missing link in material sciences to make therapeutic viruses the center of the next-generation antimicrobials and drugs," Menegatti said. + Verder verkennen

Bacterial viruses:Faithful allies against antibiotic resistance