En kontrollerad fagterapi för att rikta läkemedelsresistenta patogener

Kampen mot läkemedelsresistenta patogener är fortfarande intensiv. Medan Centers for Disease Control's (CDC) 2019 "största hot" -rapporten avslöjar en övergripande minskning av läkemedelsresistenta mikroberelaterade dödsfall jämfört med sin tidigare rapport (2013) varnar byrån också för att nya former av läkemedelsresistenta patogener fortfarande finns framväxande.

Under tiden, alternativen för behandling av infektioner med dessa bakterier minskar, bekräftar läkarnas och forskarnas oro över slutet av antibiotikaåldern.

Vi visste att det skulle bli ett problem tidigt. I princip så snart penicillin upptäcktes, några år senare rapporterades att det fanns en resistent organism. "

Irene Chen, UC Santa Barbara professor i kemi och biokemi

Tack vare faktorer som horisontell genöverföring och snabb reproduktion, organismer som gramnegativa bakterier kan utvecklas snabbare än vi kan producera antibiotika för att kontrollera dem.

Så Chen och hennes forskargrupp söker alternativ till antibiotika, i en växande ansträngning för att avvärja strömmen av obotliga bakterieinfektioner. I deras arbete, gruppen har vänt sig till bakteriofager, en naturligt förekommande grupp av virus som koloniseras på bakterier.

"Det är deras naturliga funktion, verkligen, att växa på och döda bakterier, "sa Chen, författare till ett papper som visas i Förfaranden från National Academy of Sciences . Genom att dra nytta av bakteriofagernas förmåga att ta in specifika bakterier utan att skada resten av mikrobiomet, forskarna kunde använda en kombination av guldnanoroder och nära-infrarött ljus för att förstöra även multiresistenta bakterier utan antibiotika.

Fagterapi är inte nytt, Sa Chen. Faktiskt, den har använts i forna Sovjetunionen och Europa i ungefär ett sekel, även om de i stort sett ses som sista utväg alternativ till antibiotika. Bland de olösta frågorna med fagterapi är den ofullständiga karakteriseringen av fagens biologi - en biologi som kan möjliggöra oavsiktliga konsekvenser på grund av fagens egen snabba utveckling och reproduktion, samt potentiella toxiner som virusen kan bära. En annan fråga är allt-eller-ingenting-aspekten av fagterapi, tillade hon.

"Det är svårt att analysera effekten av en fagbehandling, "sa hon." Du kanske ser att det fungerar helt eller så kanske du ser det helt misslyckas, men du har inte den typ av dosrespons du vill ha. "

För att övervinna dessa utmaningar, Chen -labbet utvecklade en metod för kontrollerad fagterapi.

"Det vi gjorde var att konjugera fagerna till guldnanoroder, "förklarade hon. Dessa" phanorods "applicerades på bakterier på in vitro-kulturer av däggdjursceller och exponerades sedan för nära-infrarött ljus.

"När dessa nanoroder är foto-upphetsade, de översätter energin från ljus till värme, "Chen sa, "och det skapar mycket höga lokala temperaturer."

Värmen räcker för att döda bakterierna, och det dödar också fagarna, förhindra oönskade vidareutvecklingar. Resultatet är en guidad missil av riktad fagterapi som också möjliggör doskontroll. Labbet fann framgångar med att förstöra E. coli, P. aeruginosa och V. cholerae - mänskliga patogener som orsakar akuta symptom om de inte kontrolleras. De kunde också framgångsrikt förstöra X. campestris, en bakterie som orsakar röta i växter.

I ett samarbete med UC Santa Barbara maskiningenjör Beth Pruitt, labbet bestämde att medan värmen framgångsrikt förstörde bakterier och fag, mer än 80% av däggdjurscellkulturen under bakteriefilmen överlevde.

"Denna fråga om huruvida det skadar däggdjursvävnader är mycket viktigt, "Chen sa." Arbete inom nanoteknik och nanomedicin som behandlar bakteriella infektioner indikerar att när det är icke-målinriktat, det belastar verkligen de omgivande vävnaderna. "

Labbet planerar att undersöka andra möjliga fager för att motverka andra bakterier, möjligen konstruera en fototermisk metod som kan behandla flera bakteriella infektioner.

• Mount Sinais ögonläkare delar tips för tidig upptäckt av glaukom
• Mat påverkar selektivt tarmmikrober finner studie