Ett team av Brown University-forskare har utvecklat ett nytt responsivt material som endast kan släppa inkapslad last när patogena bakterier är närvarande. Materialet skulle kunna användas för att tillverka sårförband som reagerar snabbt på spirande infektioner, men som bara levererar medicin vid behov.

Utvecklingen är särskilt relevant inför den globala antibiotikaresistenskrisen, säger forskarna, eftersom materialet kan hjälpa till att bekämpa infektioner samtidigt som det tar itu med resistensproblemet.

"Vi har utvecklat ett bakterieutlöst, smart läkemedelsleveranssystem", säger Anita Shukla, docent vid Browns School of Engineering, som ledde utvecklingen av materialet. "Vår hypotes är att tekniker som denna, som minskar mängden läkemedel som krävs för effektiv behandling, också kan minska både biverkningar och risken för resistens."

Det nya materialet, som beskrivs i tidskriften ACS Applied Materials and Interfaces , är en hydrogel - ett hydratiserat polymernätverk. Hydrogeler är mycket biokompatibla och kan användas för att kapsla in en rad nanopartiklar eller små molekyler. De används ofta i sårförband. "Smarta" eller lyhörda hydrogeler växer fram som lovande plattformar för läkemedelsleverans. De kan fås att reagera på den lokala miljön – påskynda eller bromsa frisättningen av medicin som svar på temperatur, pH eller andra faktorer.

För detta nya material utvecklade Shukla och hennes team en hydrogel som är känslig för β-laktamaser, en klass av enzymer som frigörs av en mängd olika skadliga bakterier. Närvaron av β-laktamaser gör att materialets tvärbundna polymernätverk bryts ned, vilket frigör de terapeutiska nanopartiklarna som finns i det.

"Det som är intressant är att β-laktamaser faktiskt är en viktig orsak till antibiotikaresistens eftersom de förstör β-laktamantibiotika, som är några av våra vanligast föreskrivna antibiotika," sa Shukla. "Men vi har tagit den här bakteriella försvarsmekanismen och använt den mot bakterierna."

I en serie laboratorieexperiment visade Shukla och ett team av Brown doktorander att materialet verkligen är känsligt för β-laktamaser, och frigör nanopartikellast endast när β-laktamaser eller β-laktamasproducerande bakterier var närvarande. I övrigt höll materialet sin last inkapslad. Teamet planerar att fortsätta utveckla och testa materialet, så småningom i den kliniska miljön som ett sårförband som kan svara på uppkommande infektioner.

"Vi tror att detta är något som har potential att översättas till kliniken," sa Shukla. "Vi fortsätter att arbeta mot det."

Ytterligare författare på studien är Dahlia Alkekhia och Cassi LaRose från Browns Center for Biomedical Engineering. + Utforska vidare

Nya insikter i kampen mot antibiotikaresistens