(PhysOrg.com) – Forskare från IBM och Institute of Bioengineering and Nanotechnology upptäckte ett nanomedicinskt genombrott där nya typer av polymerer visade sig fysiskt upptäcka och förstöra antibiotikaresistenta bakterier och infektionssjukdomar som Meticillin-resistenta Staphylococcus aureus, känd som MRSA.

Upptäcks genom att tillämpa principer som används i halvledartillverkning, dessa nanostrukturer attraheras fysiskt till infekterade celler som en magnet, gör det möjligt för dem att selektivt utrota svårbehandlade bakterier utan att förstöra friska celler runt dem. Dessa medel hindrar också bakterierna från att utveckla läkemedelsresistens genom att faktiskt bryta igenom bakteriens cellvägg och membran, ett fundamentalt annorlunda angreppssätt jämfört med traditionella antibiotika.

MRSA är bara en typ av farliga bakterier som ofta finns på huden och som lätt dras ihop på platser som gym, skolor och sjukhus där människor är i nära kontakt. Under 2005, MRSA var ansvarig för nästan 95, 000 allvarliga infektioner, och förknippas med nästan 19, 000 sjukhusvistelserelaterade dödsfall i USA.

Utmaningen med infektioner som MRSA är tvåfaldig. Först, läkemedelsresistens uppstår eftersom mikroorganismer kan utvecklas för att effektivt motstå antibiotika eftersom nuvarande behandlingar lämnar deras cellvägg och membran i stort sett oskadade. Dessutom, de höga doser av antibiotika som behövs för att döda en sådan infektion förstör urskillningslöst friska röda blodkroppar förutom förorenade.

"Antalet bakterier i handflatan är fler än hela den mänskliga befolkningen, ” sa Dr James Hedrick, Avancerad organisk materialforskare, IBM Research – Almaden. "Med denna upptäckt har vi kunnat utnyttja årtionden av materialutveckling som traditionellt används för halvledarteknologier för att skapa en helt ny läkemedelsleveransmekanism som kan göra dem mer specifika och effektiva."

Om det tillverkas kommersiellt, dessa biologiskt nedbrytbara nanostrukturer kan injiceras direkt i kroppen eller appliceras topiskt på huden, behandla hudinfektioner genom konsumentprodukter som deodorant, tvål, handsprit, bordsservetter och konserveringsmedel, samt användas för att hjälpa till att läka sår, tuberkulos och lunginfektioner.

"Med våra nya nanostrukturer, vi kan erbjuda en livskraftig terapeutisk lösning för behandling av MRSA och andra infektionssjukdomar. Denna spännande upptäckt integrerar effektivt vår kapacitet inom biomedicinsk vetenskap och materialforskning för att ta itu med nyckelfrågor inom konventionell läkemedelsleverans, ” sa Dr Yiyan Yang, Gruppledare, Institutet för bioteknik och nanoteknik, Singapore.

Hur det fungerar

Människokroppens immunförsvar är utformat för att skydda oss från skadliga ämnen, både inne och ute, men av olika anledningar, många av dagens konventionella antibiotika avvisas antingen av kroppen eller har en begränsad framgångsfrekvens vid behandling av läkemedelsresistenta bakterier. De antimikrobiella medlen som utvecklats av IBM Research och Institute of Bioengineering and Nanotechnology är specifikt utformade för att rikta in sig på ett infekterat område för att möjliggöra en systemisk leverans av läkemedlet.

När dessa polymerer kommer i kontakt med vatten i eller på kroppen, de självmonterar till en ny polymerstruktur som är designad för att rikta in sig på bakteriemembran baserat på elektrostatisk interaktion och bryta igenom deras cellmembran och väggar. Den fysiska karaktären av denna åtgärd förhindrar bakterier från att utveckla resistens mot dessa nanopartiklar.

Den elektriska laddningen som naturligt finns i celler är viktig eftersom de nya polymerstrukturerna endast attraheras av de infekterade områdena samtidigt som de bevarar de friska röda blodkroppar som kroppen behöver för att transportera syre genom hela kroppen och bekämpa bakterier.

Till skillnad från de flesta antimikrobiella material, dessa är biologiskt nedbrytbara, vilket förbättrar deras potentiella tillämpning eftersom de naturligt elimineras från kroppen (snarare än att stanna kvar och ackumuleras i organ).

De antimikrobiella polymererna skapade av IBM Research och Institute of Bioengineering and Nanotechnology och testades mot kliniska mikrobiella prover av State Key Laboratory for Diagnosis and Treatment of Infectious Diseases, Första anslutna sjukhuset, College of Medicine och Zhejiang University i Kina. Hela forskningsartikeln publicerades nyligen i den peer-reviewade tidskriften Naturkemi .

Forskare från IBM tillämpar redan principer från nanoteknik för att skapa potentiella medicinska innovationer som DNA-transistorn och 3-D MRI. Senast har de arbetat med ett ettstegs point-of-care-diagnostiskt test baserat på ett innovativt kiselchip som kräver mindre provvolym, kan vara betydligt snabbare, portabla, lätt att använda, och kan testa för många sjukdomar. Döpt till "Lab on a Chip, ” Resultaten är så snabba och exakta att ett litet prov av en patients blod kunde testas omedelbart efter en hjärtattack för att göra det möjligt för läkaren att snabbt vidta åtgärder för att hjälpa patienten att överleva.