Nanoingenjörer vid University of California, San Diego utvecklade en gel fylld med toxinabsorberande nanosvampar som kan leda till en effektiv behandling av hud- och sårinfektioner orsakade av MRSA (meticillinresistent Staphylococcus aureus ), en antibiotikaresistent bakterie. Denna "nanosvamp-hydrogel" minimerade tillväxten av hudskador på möss infekterade med MRSA - utan användning av antibiotika. Forskarna publicerade nyligen sina resultat online i Avancerade material .

För att göra nanosvamp-hydrogel, laget blandade nanosvampar, som är nanopartiklar som absorberar farliga toxiner som produceras av MRSA, E coli och andra antibiotikaresistenta bakterier, till en hydrogel, som är en gel gjord av vatten och polymerer. Hydrogelen håller nanosvamparna på plats så att de kan ta bort gifter på den infekterade platsen.

"Vi kombinerade styrkorna hos två olika material - nanosvampar och hydrogeler - för att skapa en kraftfull formulering för att behandla lokala bakterieinfektioner, " sa Liangfang Zhang, professor i nanoteknik vid Jacobs School of Engineering vid UC San Diego, som ledde laget. "Enbart nanosvampar är svåra att använda på lokala vävnader eftersom de diffunderar till andra delar av kroppen mycket snabbt. Genom att integrera nanosvamparna i en hydrogel, vi kan behålla dem på infektionsplatsen."

Eftersom nanosvamp-hydrogelbehandlingen inte involverar antibiotika, forskarna säger att det sannolikt inte kommer att påverkas av befintlig bakteriell antibiotikaresistens. Också, eftersom antibiotika inte är inblandat, behandlingen kommer sannolikt inte att orsaka att bakterier utvecklar ny resistens.

Detta arbete är en uppföljning av en studie som teamet presenterade i Naturens nanoteknik år 2013. Den tidigare studien visade att nanosvampar absorberade skadliga bakteriella gifter i blodomloppet och drog dem bort från deras verkliga mål:röda blodkroppar. I denna nya studie, teamet rapporterar att avlägsnande av bakteriella toxiner potentiellt kan leda till att åtgärda antibiotikaresistenta bakterieinfektioner.

"Ett sätt att behandla dessa infektioner är att ta bort toxiner, som fungerar som ett vapen och en försvarssköld för bakterierna som producerar dem, " sade Zhang. "Vi antar att utan toxiner, bakterierna blir avsevärt försvagade och exponerade, så att kroppens immunförsvar lättare kan döda dem utan att använda droger."

Nanosvamp-hydrogelbehandling

Hur fungerar nanosvamp-hydrogelbehandlingen? Varje nanosvamp är en nanopartikel belagd i ett membran av röda blodkroppar. Denna beläggning döljer nanosvamparna som röda blodkroppar, som är de verkliga målen för de skadliga toxiner som produceras av MRSA. Genom att maskera sig som röda blodkroppar, nanosvamparna drar till sig skadliga gifter och tar bort dem från blodomloppet. För att nanosvamparna ska ta bort gifter från en specifik plats, såsom ett infekterat hudsår, många av dem måste hållas på den platsen. Det är här hydrogelen spelar en roll; den kan rymma miljarder nanosvampar per milliliter på ett ställe. Hydrogelens porer är också tillräckligt små för att hålla de flesta av nanosvamparna från att fly, men tillräckligt stor så att gifter lätt kan komma in och fästa på nanosvamparna.

Forskarna visade att nanosvamp-hydrogelbehandlingen höll ner storleken på hudskador orsakade av MRSA-infektioner. Hos möss, hudskadorna som behandlades med nanosvamp-hydrogelen var betydligt mindre än de som lämnades obehandlade.

"Efter att ha injicerat nanosvamp-hydrogelen på den infekterade platsen, vi observerade att det absorberade toxiner som utsöndras av bakterierna och förhindrade ytterligare skador på det lokala blodet, hud och muskelvävnader, " sa Zhang.

Teamet visade också att hydrogelen var effektiv för att hålla nanosvamparna på plats i kroppen. Två dagar efter att nanosvamp-hydrogelen injicerades under huden på en mus, nästan 80 procent av nanosvamparna hittades fortfarande på injektionsstället. När nanosvampar injicerades utan hydrogel, endast 20 procent av dem var kvar på injektionsstället efter två timmar. De flesta av dem diffunderade till de omgivande vävnaderna.