Forskare från ITMO University har utvecklat speciella nanobehållare som kan översätta ljussignaler till metabola förändringar i bakterier. Behållarna består av titandioxid -nanopartiklar belagda med silver och polymerer. När partiklarna väl har värmts upp med laserbestrålning, polymerkonformationen ändras och behållaren öppnas, släppa innehållet. Forskare testade det nya systemets prestanda med hjälp av en modellagent, arabinos. Dock, det kan ersättas med andra aktiva substanser för att använda behållarna för läkemedelsleverans. Forskningen publicerades i Biokonjugatkemi.
Problemet med bakteriell resistens mot antibiotika blir allt viktigare, så forskare letar ständigt efter alternativa sätt att påverka metabolismen av mikroorganismer. Till exempel, Forskare försöker nu kontrollera bakterier med fysiska medel, exponering för ljus. Medlemmar av ITMO Universitets SCAMT-laboratorium föreslår att man använder speciella ljuskänsliga nanokontainrar för att kontrollera bakteriell metabolism.
Sådana nanobehållare har en porös struktur som består av titandioxid med silverpartiklar på ytan. Denna struktur är laddad med ett aktivt medel genom porerna. I detta fall, det var L-arabinos, ett aktivt medel som orsakar luminescens i en speciellt utvald bakteriestam. Till sist, strukturen är täckt med polyelektrolyter, som förseglar porerna, förhindrar arabinosen från spontan frisättning i lösning. När behållarna väl har placerats i en bakteriell miljö, de bestrålas med en infraröd laser som är säker för bakterier. Lasern värmer silverpartiklarna, och polyelektrolyterna ändrar sin konformation, öppna porerna. Efter det, arabinosen från behållaren kommer in i bakteriemiljön och utlöser luminescensen.
"Vi använde en speciell bakteriestam som producerar grönt fluorescerande protein. Vi kunde enkelt fånga denna signal och se om systemet fungerade:öppnades behållarna när vi bestrålade dem med lasern. På det här sättet, vi kan lära oss att prata med bakterier, kontrollera sin ämnesomsättning och få dem att utvecklas i en annan riktning. Och allt detta med hjälp av ljus, kommenterar Anna Nikitina, artikelns första författare, medlem av ITMO Universitys SCAMT Laboratory.
Enligt forskarna, de utvecklade behållarna kan användas för kontrollerad läkemedelstillförsel. Inom en snar framtid, forskare är på väg att testa systemet som skapats på solid bakteriell miljö, samt att använda nya bakteriestammar. Till exempel, stammar vars strålning kan sterilisera miljön från insidan.
"Denna forskning är viktig eftersom vi lyckades visa systemets allmänna princip. Det blev ett steg mot en djupare förståelse av levande system. I framtiden, detta kommer att hjälpa oss att bättre förstå livet och skapa system med en specifik ämnesomsättning på egen hand, upp till en konstgjord cell, sa Svetlana Ulasevitj, en forskare vid SCAMT Laboratory.
