Een gecontroleerde faagtherapie om resistente pathogenen aan te pakken

We wisten al vroeg dat het een probleem zou worden. Eigenlijk zodra penicilline werd ontdekt, een paar jaar later werd gemeld dat er een resistent organisme was."

Irene Chen, Professor scheikunde en biochemie aan de UC Santa Barbara

Dankzij factoren als horizontale genoverdracht en snelle reproductie, organismen zoals Gram-negatieve bacteriën kunnen sneller evolueren dan we antibiotica kunnen produceren om ze te bestrijden.

Dus Chen en haar onderzoeksgroep zoeken naar alternatieven voor antibiotica, in een groeiende inspanning om het tij van ongeneeslijke bacteriële infecties te keren. In hun werk, de groep heeft zich tot bacteriofagen gewend, een natuurlijk voorkomende groep virussen die koloniseren op bacteriën.

"Dat is hun natuurlijke functie, Echt, om op te groeien en bacteriën te doden, " zei Chen, auteur van een artikel dat verschijnt in de Proceedings van de National Academy of Sciences . Door gebruik te maken van het vermogen van de bacteriofagen om zich op specifieke bacteriën te nestelen zonder de rest van het microbioom te beschadigen, de onderzoekers waren in staat om een ​​combinatie van gouden nanostaafjes en nabij-infrarood licht te gebruiken om zelfs multiresistente bacteriën te vernietigen zonder antibiotica.

Faagtherapie is niet nieuw, zei Chen. In feite, het wordt al ongeveer een eeuw gebruikt in de voormalige Sovjet-Unie en Europa, hoewel ze grotendeels worden gezien als laatste redmiddel voor antibiotica. Een van de onopgeloste problemen van faagtherapie is de onvolledige karakterisering van de biologie van de fagen - een biologie die onbedoelde gevolgen zou kunnen hebben als gevolg van de eigen snelle evolutie en reproductie van de fagen, evenals mogelijke toxines die de virussen kunnen dragen. Een ander probleem is het alles-of-niets-aspect van faagtherapie, voegde ze eraan toe.

"Het is moeilijk om het effect van een faagbehandeling te analyseren, "zei ze. "Je zou kunnen zien dat het helemaal werkt of je ziet het misschien helemaal mislukken, maar je hebt niet het soort dosisrespons dat je wilt."

Om deze uitdagingen te overwinnen, het Chen-lab ontwikkelde een methode voor gecontroleerde faagtherapie.

"Wat we deden was de fagen conjugeren tot gouden nanostaafjes, " legde ze uit. Deze "phanorods" werden toegepast op bacteriën op in vitro culturen van zoogdiercellen en vervolgens blootgesteld aan nabij-infrarood licht.

"Als deze nanostaafjes foto-geëxciteerd zijn, ze vertalen de energie van licht naar warmte, "Chen zei, "en dat zorgt voor zeer hoge lokale temperaturen."

De hitte is genoeg om de bacteriën te doden, en het doodt ook de fagen, eventuele ongewenste verdere evoluties te voorkomen. Het resultaat is een geleide raket van gerichte faagtherapie die ook doseringscontrole mogelijk maakt. Het lab vond succes bij het vernietigen van E. coli, P. aeruginosa en V. cholerae - menselijke pathogenen die acute symptomen veroorzaken als ze niet worden gecontroleerd. Ze waren ook in staat om X. campestris met succes te vernietigen, een bacterie die rot in planten veroorzaakt.

In een samenwerking met UC Santa Barbara werktuigbouwkundig ingenieur Beth Pruitt, het lab stelde vast dat hoewel de hitte met succes bacteriën en fagen vernietigde, meer dan 80% van de zoogdiercelcultuur onder de bacteriebiofilm overleefde.

"Deze kwestie of het zoogdierweefsels beschadigt, is erg belangrijk, Chen zei. "Het werk in nanotechnologie en nanogeneeskunde voor de behandeling van bacteriële infecties geeft aan dat wanneer het niet gericht is, het belast de omliggende weefsels echt."

Het lab is van plan om andere mogelijke fagen te onderzoeken om andere bacteriën tegen te gaan, mogelijk een fotothermische methode ontwikkelen die meerdere bacteriële infecties kan behandelen.

• Oogartsen op de berg Sinaï delen tips voor vroege detectie van glaucoom
• Voedsel beïnvloedt selectief darmmicroben, vindt onderzoek