14.01.2020 - RMIT University

Bakterienzerkleinerungstechnik zur Bekämpfung von arzneimittelresistenten Superbugs

Forscher haben flüssige Metalle verwendet, um eine neue bakterienzerstörende Technologie zu entwickeln, die die Antwort auf das tödliche Problem der Antibiotikaresistenz sein könnte.

Die Technologie nutzt nanogroße Partikel aus magnetischem Flüssigmetall, um Bakterien und bakteriellen Biofilm - das schützende "Haus", in dem Bakterien gedeihen - zu zerkleinern, ohne gute Zellen zu schädigen.

Die in ACS Nano veröffentlichte Forschung unter der Leitung der RMIT Universität bietet eine bahnbrechende neue Richtung in der Suche nach besseren Technologien zur Bekämpfung von Bakterien.

Die Antibiotikaresistenz ist eine große globale Gesundheitsbedrohung, die jährlich mindestens 700.000 Todesfälle verursacht. Ohne Maßnahmen könnte die Zahl der Todesopfer bis 2050 auf 10 Millionen Menschen pro Jahr ansteigen und Krebs als Todesursache überholen.

Die größten Probleme sind die Verbreitung gefährlicher, arzneimittelresistenter Superbakterien und das Wachstum bakterieller Biofilm-Infektionen, die mit den vorhandenen Antibiotika nicht mehr behandelt werden können.

Dr. Aaron Elbourne sagte, dass die Antibiotika die Gesundheit revolutioniert hätten, seit sie vor 90 Jahren entdeckt wurden, aber aufgrund von Missbrauch an Wirksamkeit verloren hätten.

"Wir steuern auf eine post-antibiotische Zukunft zu, in der häufige bakterielle Infektionen, kleinere Verletzungen und Routine-Operationen wieder tödlich werden könnten", sagte Elbourne, ein Postdoctoral Fellow im Nanobiotechnologie-Labor am RMIT.

"Es reicht nicht aus, den Antibiotikaeinsatz zu reduzieren, wir müssen völlig neu überdenken, wie wir bakterielle Infektionen bekämpfen.

"Bakterien sind unglaublich anpassungsfähig und mit der Zeit entwickeln sie Abwehrkräfte gegen die in Antibiotika verwendeten Chemikalien, aber sie haben keine Möglichkeit, mit einem physischen Angriff fertig zu werden.

"Unsere Methode verwendet präzise gefertigte flüssige Metalle, um Bakterien physikalisch zu zerkleinern und den Biofilm durchschlagen, in dem Bakterien leben und sich vermehren. Mit der weiteren Entwicklung hoffen wir, dass diese Technologie der Weg sein könnte, um Antibiotikaresistenzen Geschichte zu machen."

Lass uns handgreiflich werden: neue Art, Bakterien zu töten

Das RMIT-Team hinter der Technologie ist weltweit die einzige Gruppe, die das antibakterielle Potenzial von magnetischen Flüssigmetall-Nanopartikeln untersucht.

Wenn sie einem schwachen Magnetfeld ausgesetzt werden, verändern diese Tröpfchen in Nanogröße ihre Form und entwickeln scharfe Kanten.

Wenn die Tröpfchen mit einem bakteriellen Biofilm in Kontakt gebracht werden, brechen sie durch ihre Bewegungen und nanoscharfen Kanten den Biofilm auf und zerreißen die Bakterienzellen physikalisch.

In der neuen Studie testete das Team die Wirksamkeit der Technologie gegen zwei Arten von bakteriellen Biofilmen (grampositiv und gramnegativ).

Nach 90 Minuten Einwirkung der flüssigen Metallnanopartikel waren beide Biofilme zerstört und 99% der Bakterien tot. Wichtig ist, dass die Labortests zeigten, dass die bakterienzerstörenden Tröpfchen keine Auswirkungen auf menschliche Zellen haben.

Postdoc Dr. Vi Khanh Truong sagte, dass die vielseitige Technologie eines Tages in einer Reihe von Möglichkeiten zur Behandlung von Infektionen eingesetzt werden könnte.

"Es könnte als Spray-Beschichtung für Implantate verwendet werden, um sie stark antibakteriell zu machen und die hohen Infektionsraten bei Eingriffen wie Hüft- und Kniegelenksprothesen zu reduzieren", sagte Truong, der derzeit an der North Carolina State University mit einem Fulbright-Stipendium die Forschung vorantreibt.

"Es besteht auch die Möglichkeit, dies zu einer injizierbaren Behandlung zu entwickeln, die am Ort der Infektion eingesetzt werden könnte."

Die nächste Stufe der Forschung - die Prüfung der Wirksamkeit der Technologie in präklinischen Tierversuchen - ist bereits im Gange, wobei das Team hofft, in den kommenden Jahren zu klinischen Studien am Menschen überzugehen.

Unter der Leitung von Truong, Elbourne und Dr. James Chapman plant das multidisziplinäre Team außerdem, die Technologie über die antibakterielle Behandlung hinaus zu erweitern und zu erforschen, wie sie eingesetzt werden könnte um

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