Ett nytt verktyg växer fram i kampen mot antibiotikaresistenta bakteriesjukdomar. Utöver de globala ansträngningarna att begränsa överanvändning och missbruk av antibiotika, nanomedicinen hittar ytterligare sätt att attackera dessa superbugs.

Nanopartiklar, en miljon gånger mindre än en millimeter, har visat sig vara stabila, lätt att leverera och lätt inkorporerad i celler.

I det senaste arbetet, en grupp forskare vid University of Colorado, som jag är medlem i, har använt kvantprickar i nanoskala – små halvledarpartiklar med specifika ljusabsorberande egenskaper – för att döda läkemedelsresistenta superbugs utan att skada den omgivande friska vävnaden.

När den väl har införts i kroppen, kvantprickarna gör ingenting förrän de aktiveras genom att ett ljus lyser på dem. Alla synliga ljuskällor (en lampa, rumsljus eller till och med solljus) kan användas för detta. Hittills har vår forskning fokuserat på aktuella infektioner på huden; djupare in i kroppen, starkare ljus eller fler nanopartiklar kan behövas.

När den aktiveras av ljus, kvantprickarna börjar generera elektroner som fäster till löst syre i cellerna, skapa radikala joner. Dessa joner avbryter biokemiska reaktioner som celler är beroende av för kommunikation och grundläggande livsfunktioner. På det här sättet, vi kan rikta in oss på och döda mycket specifika bakterieceller som orsakar sjukdomar.

Superbugshotet

Antibiotika används inte bara för att behandla aktiva bakterieinfektioner; de ges också rutinmässigt till patienter som genomgår operation, och människor med nedsatt immunförsvar från sjukdomar som HIV och cancer.

Bakterier som är resistenta mot mer än ett antibiotikum - eller "superbuggar, "som de vanligtvis kallas - infektera mer än 2 miljoner amerikaner om året, och döda 23, 000 av dem. Globalt, de dödar mer än 700, 000 personer varje år.

Prognoser från en brittisk regeringsforskningspanel tyder på att om den inte är markerad, superbugs kan döda mer än 10 miljoner människor varje år till 2050. Det skulle vida överträffa alla andra stora dödsorsaker – inklusive diabetes, cancer, diarré och trafikolyckor. Den ekonomiska kostnaden uppskattas till 100 biljoner dollar år 2050.

Fokusera på ett mål

Det finns andra läkemedel i nanoskala för att bekämpa infektionsbakterier. När den utsätts för ljus, de värms upp, dödar alla celler runt dem – inte bara de som orsakar sjukdomar. De kräver därför speciella verktyg som proteiner eller antikroppar som selektivt håller sig till önskade celltyper, att leverera dem till mycket specifika platser. Det kräver i sin tur förmågan att exakt identifiera målceller.

Vår metod är en förbättring eftersom den tillåter mer specifik inriktning av celler som ska behandlas. Kvantprickar med olika storlekar och elektriska egenskaper kan hjälpa till att skapa olika störande joner. Det kan tillåta läkare att välja störande medel för att döda invaderande bakterier utan att skada närliggande frisk vävnad.

De aktiverade kvantprickarna rubbar balansen mellan kemiska processer, kallas "reduktion-oxidation" eller "redox" för kort, i sjukdomsframkallande bakterier för att döda dem.

Med denna metod och endast en vanlig glödlampa, vi kunde eliminera ett brett spektrum av antibiotikaresistenta bakterier. Bakterierna gavs till oss i form av faktiska kliniska prover från University of Colorado School of Medicine. De inkluderade några av de farligaste läkemedelsresistenta infektionerna:meticillinresistenta Staphylococcus aureus ; β-laktamasproducerande med utökat spektrum Klebsiella pneumoniae och Salmonella typhimurium ; multiresistent Escherichia coli ; och karbapenem-resistent Escherichia coli .

Vi kunde också göra nanopartiklar med olika reaktioner på ljus, inklusive att inte ha något svar eller till och med förbättra cellulär reproduktion. Att öka tillväxten av superbugs är inte önskvärt, men denna upptäckt kan göra det möjligt för oss att uppmuntra tillväxten av användbara bakterier, som i bioreaktorer, som kan hjälpa till att tillverka biobränslen och antibiotika.

Ta nästa steg

Hittills har vårt arbete varit i provrör i kontrollerade labb; vårt nästa steg är att studera denna teknik på djur. Om det lyckas, denna teknik kan stärka kampen mot multiresistenta bakterier på kort sikt och långt in i framtiden.

Det kan, till exempel, sporra skapandet av en ny klass av ljusaktiverade läkemedel, leda till utveckling av speciella tyger med LED-lampor för fototerapi, och utgör även grunden för självdesinficerande ytor och medicinsk utrustning.

Och medan bakterierna kommer att fortsätta att utvecklas för att söka överlevnad, vår förmåga att kontrollera kvantprickarnas specifika reaktion när de väl har aktiverats skulle kunna låta oss gå snabbare i denna kamp där nederlag inte är ett alternativ.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.