Det finns ett akut behov av bättre metoder för att behandla bakterieinfektioner i kapplöpningen mellan att utveckla nya antibiotika och uppkomsten av läkemedelsresistenta bakterier.

Nuvarande, antimikrobiell resistens är ansvarig för 23, 000 dödsfall årligen i USA och 700, 000 dödsfall över hela världen. En studie från Wellcome Trust 2016 förutspådde att den nuvarande uppkomsten av nya virulenta stammar kommer att överträffa den amerikanska Food and Drug Administrations godkännandegrad för nya antimikrobiella medel år 2050 – vilket innebär att dödsfall från antimikrobiella resistenta stammar kommer att överstiga dödsfall från cancer.

University of Minnesota-forskaren Hongbo Pang hjälpte till att upptäcka det första exemplet på en effektiv genterapi mot dödliga bakterieinfektioner med hjälp av ett nanoterapeutiskt medel för att leverera kort interfererande RNA (siRNA) som riktar sig mot immunsystemets celler. Denna forskning, publiceras i tidskriften Naturkommunikation , leddes av ett team från University of Minnesota; University of California, San Diego (UCSD); Sanford Burnham Medical Discovery Institute (SBMDI); och Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST).

"Denna studie visar perfekt den stora potentialen hos riktad nanoteknik vid behandling av olika mänskliga sjukdomar, sa Pang, en biträdande professor vid University of Minnesota College of Pharmacy.

"Detta är ett riktigt bra exempel på konvergent forskning, "sa Michael Sailor från University of California, San Diego. "För att få detta koncept att fungera, vi behövde kombinera vår nanomaterialkompetens vid UCSD och membran- och cellbiologisk expertis på KAIST med peptiderna och sjukdomsmodellerna som utvecklats av våra biomedicinska samarbetspartners vid SBMDI och UMN. "

Forskargruppen undersökte vidare genterapeutisk, ett underutnyttjat tillvägagångssätt för att bekämpa bakterieinfektioner och för att stärka kroppens immunförsvar. siRNA genterapi kan förbättra förmågan hos vissa medfödda immunceller att attackera bakterier samtidigt som de stänger av immunsystemets inflammatoriska svar som kan störa återhämtningen.

Med denna behandling, hoppet är ett brett spektrum av bakterieinfektioner, inklusive nya stammar, kan attackeras. Även om det är notoriskt svårt att leverera siRNA i kroppen, studien fann att siRNA-terapi gav en fullständig återhämtning från en dödlig bakterieinfektion genom att rädda 100 procent av mössen infekterade med en dödlig dos av Staph. aureus lunginflammation.

"En kort peptidsträng kan känna igen makrofager, en viktig immuncellstyp, selektivt på infektionsstället, ", tillade Pang. "I kombination med nanomaterial med unika fördelar som läkemedelsbärare, vi skulle kunna leverera genterapi effektivt där de behövs, och uppnå en fullständig återhämtning från en dödlig bakterieinfektion."

Forskargruppen inkorporerade tre funktioner i sin nanopartikeldesign:

• genererade en porös nanopartikelvärd som skyddade sin siRNA -nyttolast från för tidig nedbrytning i blodomloppet;
• upptäckte en peptid som selektivt riktar sig mot makrofagceller, en typ av vita blodkroppar som angriper främmande mikrober och signalerar att en inkräktare är närvarande
• konstruerade en kemisk beläggning, kallas en fusogen lipid, som gjorde det möjligt för nanopartikeln att tränga in i makrofagen och leverera sin genterapeutiska till de rätta avdelningarna i cellen.

Enligt Pang, studien är det första exemplet på en effektiv genterapi för dödliga bakterieinfektioner, använder ett nanoterapeutiskt medel för att leverera siRNA till målmakrofagceller. Forskargruppen, för första gången, har visat att siRNA-terapi kan generera en fullständig återhämtning från en dödlig bakterieinfektion.