En ny strategi för att bekämpa antibiotikaresistenta bakterier har beskrivits av brasilianska forskare i Vetenskapliga rapporter , en onlinetidskrift som ägs av Springer Nature.

Metoden består av att belägga nanopartiklar som är gjorda av silver och kiseldioxid – potentiellt giftiga för både mikroorganismer och mänskliga celler – med ett lager antibiotika. På grund av kemisk affinitet, det resulterande nanoläkemedlet verkar bara på patogenerna och är inert mot organismen.

"Vi använde antibiotikan som ett slags bete för att få nanopartiklarna att rikta in sig på bakterierna med en stor mängd av läkemedlet. Den kombinerade verkan av läkemedlet med silverjonerna visade sig kunna döda även resistenta mikroorganismer, sade Mateus Borba Cardoso, en forskare vid National Energy &Materials Research Center (CNPEM).

Projektet stöds av FAPESP och är en del av en forskningslinje som syftar till att utveckla system för att göra nanopartiklars verkan selektiv.

I tidigare artiklar, gruppen visade att nanopartiklar också kan användas för att göra kemoterapi mot cancer mer effektiv genom att leverera läkemedlet direkt till tumörceller och lämna friska celler intakta. Nanopartiklarna kan också användas för att potentiellt inaktivera HIV i transfusionsblodpåsar, till exempel.

"Det finns kommersiella läkemedel som innehåller nanopartiklar, som vanligtvis tjänar till att belägga den aktiva ingrediensen och förlänga dess livslängd inuti organismen. Vår strategi är annorlunda. Vi dekorerar ytan på nanopartiklarna med vissa kemiska grupper som leder dem till platsen där de är designade att verka, så de är mycket selektiva, sa Cardoso.

I den senaste artikeln, gruppen beskrev ett schema för att syntetisera nanopartiklar som består av en silverkärna belagd med porös kiseldioxid för att tillåta passage av joner. Flera molekyler av antibiotikumet ampicillin applicerades på ytan i ett arrangemang som, enligt Cardoso, var långt ifrån slumpmässigt.

"Vi använde molekylär modellering för att ta reda på vilken del av ampicillinmolekylen som interagerade mest med bakteriemembranet, " sa han. "Vi ordnade sedan alla molekyler av läkemedlet så att denna nyckeldel var vänd utåt från nanopartikeln, ökar sannolikheten för interaktion med patogenen."

Hubert Karl Stassen, från kemiinstitutet vid Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS), samarbetade på molekylär modelleringsstadiet.

Effektiviteten av nanoantibiotikum jämfört med konventionell ampicillin utvärderades med två olika stammar av Escherichia coli, en bakterie som normalt bebor däggdjurens tarmflora och som kan orsaka matförgiftning i vissa situationer.

I den icke-resistenta stammen, nästan 100 % av mikroorganismerna dog när de attackerades både av ampicillin i dess konventionella form och av läkemedlet i kombination med silver. I den resistenta stammen, dock, endast nanoantibiotikumet var effektivt.

Nästa steg var att testa effekten på mänskliga njurceller. Nanopartiklarna av silver och kiseldioxid utan ampicillin visade sig vara mycket giftiga, medan konventionellt ampicillin och ampicillin i kombination med silver visade sig vara lika säkra.

"Konfokalmikroskopibilder visar att förutom att vara giftfria, nanopartikeln belagd med ampicillin stör inte cellcykeln. Faserna av mitos tar sin gång utan några förändringar, sa Cardoso.

Enligt hans uppfattning, samma strategi skulle kunna användas för att bekämpa andra bakteriearter som utvecklat resistens mot antibiotika. Dessutom, läkemedlet som appliceras på ytan av nanopartikeln kan varieras för att behandla olika typer av infektioner.

Dock, systemet har en nackdel:eftersom silver och kiseldioxid är oorganiska, nanopartiklarna metaboliseras inte och tenderar därför att byggas upp i organismen.

"Vi vet ännu inte var uppbyggnaden sker eller vilken effekt den har, " sade Cardoso. "För att ta reda på det, vi måste göra tester på djur. I vilket fall som helst, vi fortsätter att förbättra systemet för att göra det säkrare."

En möjlighet skulle vara att använda ett andra antibiotikum med en annan komponent än silver i kärnan. En annan skulle vara att utveckla en nanopartikel som är tillräckligt liten för att utsöndras i urinen.

Under tiden, Cardoso lade till, i sin nuvarande form, nanoantibiotikan kan användas för att behandla extrema fall, såsom sjukhusinfektioner som inte svarar på konventionella antibiotika.