En ny flytande metallkombination håller på att formas som ett potentiellt hemligt vapen i den globala kampen mot antimikrobiell resistens, som redan gör vissa antibiotikamediciner maktlösa mot "superbuggar".
Forskare från USA och Australien ledda av Flinders University har utvecklat en enkel metallbeläggningsbehandling för bandage, medicinsk utrustning och till och med läkemedelsnanopartiklar som kan motstå och döda bakterier.
Forskarna från Flinders University's Biomedical Nanoengineering Laboratory, University of Sydney och North Carolina State University säger att det nya tillvägagångssättet innebär att testa "GaLM" flytande metallpartiklar i nanoskala som har förbättrad biokompatibilitet och låg cytotoxicitet för celler som kan användas som säkra och effektiva antimikrobiella medel.
"Gallium i flytande tillstånd (eller 'GaLM') är en av de mest lovande kandidaterna för att användas som ett antimikrobiellt medel, och kan användas på många sätt som en flytande metall", säger forskaren vid Flinders University Dr. Vi Khanh Truong, huvudförfattare till en ny artikel i ACS Nano .
"Det flytande tillståndet hos GaLM gör att det enkelt kan kombineras eller funktionaliseras med andra komponenter för att skapa olika former av effektivare antimikrobiella metaller."
"Likesom gallium verkar vara kompatibelt med mänskliga celler i preparat och koncentrationer som är relevanta för dess antimikrobiella aktivitet, så kan det en dag administreras oralt eller intravenöst."
"Det här materialets antimikrobiella prestanda skulle också aktiveras av externa stimuli (ljus, magnetiska fält och värme såväl som andra), vilket resulterar i nya lösningar som kan överträffa antimikrobiella monometalliska nanopartiklar och kan leda till nästa generation av antimikrobiella och anti- inflammatoriska metallbaserade medel."
Leds av internationella experter på området, inklusive professor Michael Dickey från USA, australiensiska forskningsrådets pristagare professor Kourosh Kalantar-Zadeh och NHMRC Leadership Fellow Flinders University professor Krasimir Vasilev – alla författare till den nya översiktsartikeln – forskningen expanderar inom metallbaserad antimikrobiella strategier i en kapplöpning för att bekämpa eskalerande hot om antimikrobiell resistens (AMR).
Med AMR som leder till att olika typer av bakteriella, svamp- och virusinfektioner blir obehandlade, vilket kan resultera i sjuklighet och dödlighet, är fag(virus)terapi, immunterapi, CRISPR-Cas-teknologi och antibiotikakombinationsterapi andra forskningsmetoder som pågår runt om i världen.
De nuvarande strategierna för infektionskontroll som är beroende av konventionella syntetiska antibiotika misslyckas i allt högre grad, och behandlingens "verktygslådan" håller snabbt på att bli uttömd, säger den nya ACS-artikeln.
"För att göra saken värre, är bakteriernas förmåga att utvecklas för att motstå antibiotika ett avskräckande för läkemedelsföretagen att satsa på nästa generations målantibiotika."
Dr. Truong, från Flinders University Biomedical Nanoengineering Laboratory, säger ACS Nano studien undersöker hur kombinationen av gallium med andra element "expanderar riket av GaLMs med inställbara funktioner."
"I motsats till partiklar i fast tillstånd kan GaLM-partiklar dramatiskt förändra sina konfigurationer som svar på yttre stimuli. Intressant nog kan GaLM i flytande tillstånd omvandla sin form runt och inuti celler."
"Dessutom kan GaLM i flytande tillstånd lösa upp och binda metalliska element som senare kan frigöras på begäran via stimuli. Detta är särskilt användbart för att förbättra effektiviteten i frisättningen av läkemedel."
"Jämfört med fasta metaller verkar GaLM vara godartad för eukaryoter (vilket indikerar biokompatibilitet med mänsklig vävnad) samtidigt som de behåller potent antimikrobiell aktivitet."
"Det är viktigt att betona att den antimikrobiella aktiviteten hos GaLM, i bulk- och nanodimensioner, inte är begränsad till prokaryoter som bakterier och cyanobakterier", tillägger han.
"Dessutom erbjuder GaLMs antiinflammatoriska egenskaper och vi undersökte också rollen av fasbeteende och gränssnitt i GaLMs i nanoskala för antibakteriella egenskaper."
Mer information: Vi Khanh Truong et al, Gallium Liquid Metal:Nanotoolbox for Antimicrobial Applications, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c06486
Journalinformation: ACS Nano
Tillhandahålls av Flinders University
