Mänskliga ninjor var kända för att snabbt och smygande söka och förstöra sina motståndare. Ninja -partiklar är så, för, bara mikroskopiskt. Toshifumi Kitamura/AFP/Getty Images Ninja var smygande krigare i japansk historia som ofta fick beskedet att infiltrera och mörda fiender. Ninja -partiklar gör i stort sett samma sak:attackera och döda.
Skapad och namngiven av forskare från IBM och Singapores Institute of Bioengineering and Nanotechnology, dessa små angripare kan lösa två problem som plågar modern medicin:antibiotikaresistenta bakterier och biofilmer. På första fronten, hälften av de inlagda patienterna i USA lider av sjukhusförvärvad infektion med läkemedelsresistenta bakterier, enligt vissa uppskattningar, och infektioner från dessa bakterier blir allt svårare att behandla [källa:Liu]. Superbugs, som infektionsframkallande meticillinresistent Staphylococcus aureus och Escherichia coli , har utvecklat ett motstånd mot traditionella antibiotika. Som ett resultat, forskare och läkare tvingas söka alternativa behandlingsalternativ för att döda dessa bakterier. Andra, biofilmerna som bildas på ytorna på medicintekniska produkter utgör också ett stort problem. Eftersom dessa bakterierådda gunkiga ämnen täcker katetrar och andra medicinska implantat, enheterna blir ett fordon för att transportera bakterier in i kroppen.
Ange ninja -partikeln. I klassisk ninjastil, dessa små partiklar (1, 000 gånger mindre än ett sandkorn!) Kan en dag kunna infiltrera kroppen, jaga den kränkande bakterien och döda den på ett sätt som gör att mikroben ser ut som om den har attackerats med en ninjastjärna. Som dess namne, denna partikel är bra på sitt jobb. Den nollställer sitt mål och lyckas lämna andra celler oskadade. Partiklarna är lika skickliga på att utplåna biofilmer som bildas på ytor, gör dessa små ninjor krafter att räkna med.
Fortsätt läsa för att lära dig mer om hur dessa partiklar kämpade sig in i labbet och vad de kan göra för oss.
Innehåll
Ser ut som en bakteriecell utan något att frukta, höger? Gå till nästa sida för att se hur det ser ut efter att en ninja -partikel kommer till den. Bild med tillstånd av IBM När forskaren Yi Yan Yang hörde om arbetet kemisten Jim Hedrick gjorde på IBM på mikroelektronik, hon kontaktade honom genast om ett samarbete, att berätta för honom att hans forskningsframsteg skulle kunna användas bättre inom medicin. Sedan dess, deras partnerskap har resulterat i utvecklingen av en mycket lovande grupp nanopartiklar som kallas "ninjapartiklar".
Det mänskliga immunsystemet inspirerade deras skapande. När en person blir sjuk, hans eller hennes kropp utsöndras antimikrobiella peptider . Dessa bakteriekämpande molekyler letar efter en mikrobe, lås fast den och döda den (den sista delen kan hända på några olika sätt). Hedrick och Yang gav sig ut för att göra en partikel i labbet som skulle göra samma sak.
Nanopartikeln de skapade är gjord av en speciell typ av polymer. Polymerer är superlånga, kedjade molekyler. Plast, till exempel, är alla polymerer. Polymernanopartikeln som Hedrick och Yang utvecklat har tre delar som gör den så skicklig på att döda bakterier.
Med dessa tre delar, ninja-partiklar har visat sig vara effektiva för att döda meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA), E coli och vissa typer av svampar [källa:Yang]. Dessutom, nanopartiklarna kan användas för att belägga medicinsk utrustning som katetrar, som är ökända för att odla bakteriefrämda biofilmer. Beläggningen förhindrar att bakterier bildas på ytorna, minska risken för infektioner hos patienter med dessa implanterade enheter.
Så ser bakteriecellen ut efter att en ninja -partikel har satt sig på den:poppade (eller lyserade). Bild med tillstånd av IBM Så ninjapartiklar är speciellt utformade för att rikta bakterier och döda dem, men hur? Det första steget är att hitta de kränkande bakteriecellerna i ett hav av däggdjursceller. Det är här den viktigaste principen om "motsatser lockar" tar fäste. Ytan på bakterieceller är mer negativt laddad än däggdjursceller. För att specifikt lockas till bakteriecellerna, ninjapartiklarna måste ha motsatt laddning - positiv. De får denna positiva laddning på deras yta genom en process som kallas självmontering . Varje partikel består av många, många mindre polymerpartier. Dessa polymerer klumpar ihop sig, eller självmonterad, för att bilda små bollar kallade miceller . På grund av attraktiva interaktioner mellan olika delar av polymerkedjan, dessa miceller bildas naturligt i vatten med kulans utsida belagd med en positiv laddning. Och voila - bollen med positiv laddning lockas naturligt till den negativt laddade mikroben.
Väl där, ninja -partikeln fäster sig vid bakteriecellen. De positivt laddade delarna av partikeln som hjälpte selektivt att hitta bakteriecellerna fungerar också som antibakteriella medel, sticka hål i cellväggen. Denna process, kallad membranlys , förstör cellens struktur, gör att tarmarna i cellen börjar sippra ut, utan hopp om återhämtning. Detta, faktiskt, det är där forskarna kom på namnet "ninja" för sina partiklar. Dödsmetoden för att perforera cellväggen med hål liknar vad som kan hända om cellen skulle attackeras med en ninjastjärna.
En av de bästa delarna av denna process är att bakterier aldrig ges chansen att utveckla något motstånd. Antibiotika fungerar genom att selektivt lamslå vissa delar av cellens mekanism, hålla de flesta strukturella egenskaperna intakta. Ninja -partikelmetoden, i kontrast, är mycket fysiskt skadlig för cellen, och bakterierna har inte möjlighet att potentiellt utveckla ett motstånd mot ninjapartiklarna [källa:Nederberg et al].
Ninja-partiklarnas livstid kan finjusteras så att de kan döda bakteriecellerna innan de dödas av sig själva. Så småningom, dock, enzymer i kroppen börjar bryta ner partiklarna och de faller isär, med de resulterande mindre bitarna utsöndrade av kroppen [källa:Hedrick].
Bakteriofager kan utgöra ett annat behandlingsalternativ för läkare som bekämpar bakterieinfektioner. Science Picture Co/Getty Images Med flytten mot en post-antibiotisk värld, forskare har drivit för att hitta alternativa behandlingar för infektion som inte involverar antibiotika. Framsteg har gjorts med virus som kallas bakteriofager , som kapar bakteriens inre maskineri och får den att spricka som en ballong. Annat arbete har gjorts med bakterieartade toxiner ( bakteriociner ) för att döda bakterier som orsakar infektioner. De framsteg som närmast relaterar till ninjapartiklar är terapier som involverar katjonisk eller antimikrobiella peptider . Dessa molekyler kan också selektivt rikta bakterier på grund av motsatt attraktion av laddningar på deras ytor. Deras metod för att döda bakteriecellerna är förankrad i avbrott i kommunikationen mellan celler [källa:Borel]. Denna terapi, dock, har plågats av flera frågor:toxicitet för friska, icke -bakteriella celler (t.ex. däggdjursceller kan spricka och släppa innehållet); kort halveringstid in vivo (de håller inte särskilt länge i kroppen) och höga tillverkningskostnader [källa:Nederberg et al].
Ninja -partiklar löser många av dessa problem. De är kompatibla med blod, med minimal eller ingen toxicitet för röda blodkroppar; är tillräckligt stabila för att förbli effektiva in vivo; biologiskt nedbrytas enkelt och är storleksordningar billigare att göra. Ninja -partiklar är inte de enda bakterierna som bekämpar partiklar där ute. Forskare över hela världen har gjort liknande framsteg med att utveckla andra små molekyler med antimikrobiella egenskaper eller skapa nanopartikelbaserade metoder för läkemedelsleverans [källor:Zhu och Gao]. Dessa partiklar går med i en växande gemenskap av nanopartikelbaserade terapier. Nanopartiklar används i medicinska tillämpningar såsom medicinsk avbildning (som MR) och vid behandling av ett brett spektrum av sjukdomar som cancer och AIDS.
Ninja -partiklar har potential att göra en enorm inverkan i våra liv. Deras visade förmåga att söka efter och döda antibiotikaresistenta bakterier innebär att vi en dag kan se dem i form av ett injicerbart läkemedel. Forskare fortsätter att samla in data om effekt och toxicitet (eller brist på toxicitet, faktiskt) av dessa partiklar. När de har slutfört sina tester, läkemedelsföretag kan gå in för att göra mänskliga försök som övervakar hur dessa partiklar bekämpar bakteriella infektioner inuti kroppen.
Utanför kroppen, vi kan börja se ninjapartiklar som används som desinfektionsmedel och stoppa bildandet av biofilm. Bakterierna som utgör biofilm är mycket bra på att skydda sig själva. Många sprayer på marknaden har svårt att bryta igenom en biofilms skyddande lager för att desinficera ytor. Ninja partiklar, å andra sidan, kan utrota bakterier i dessa biofilmer vid kontakt, ger ett bra sätt att rengöra medicinsk utrustning, eller till och med matlagningsytor.
Dessa nanopartiklar kan hitta in i våra produkter för personlig vård, för, i princip någon plats där vi inte vill ha bakteriell uppbyggnad. De kan användas för att täcka kontaktlinser eller placeras som tillsatser i saker som munvatten, deodoranter och tvättmedel. De kan till och med användas i vattenreningssystem. Dåliga bakterier finns överallt, och dessa ninjapartiklar är redo att hitta och förstöra dem.
Det är bäst när något som har ett coolt namn verkligen lever upp till sitt namn. Och ninjapartiklar är ungefär lika fantastiska som deras namn antyder. När jag skrev den här artikeln, Jag älskade att föreställa mig att dessa partiklar smyger sig genom kroppen, hitta de dåliga bakterierna och öppna dem. Denna forskning är så lovande; Jag kan inte vänta med att hitta dessa partiklar på marknaden. Den enda delen som gör mig ledsen är att när de en dag gör det till våra produkter för personlig vård eller i våra mediciner, att jag inte kommer att kunna bläddra igenom ingredienserna och se "ninjapartiklar" listade. Tyvärr, Jag tror att FDA och andra reglerande organisationer kan kräva sina verkliga kemiska namn. Synd.
