Kan nanopartiklar användas för antibakteriella syften?

21 augusti 2020, 14:24

Årtionden av bristfällig antibiotikaanvändning har lett till att antibiotikaresistensen ständigt ökar, något som enligt WHO idag är ett av världens största hälsoproblem. En potentiell lösning på antibiotikakrisen är att använda sig av antimikrobiella peptider för behandling av bakteriella infektioner, istället för antibiotika. Maja Hellsing och hennes team vid RISE har studerat den potentiellt bakteriedödande effekten av nanopartiklar i kombination med antimikrobiella peptider med hjälp av neutronreflektometri vid ISIS Neutron- och Muon-källa.

Antimikrobiella peptider är värdförsvarspeptider och finns som en del av det medfödda immunsystemet i praktiskt taget alla livsformer, en peptid som finns hos alla människor är LL-37. Nya studier har visat att denna peptid kan förenas med kubiska flytande kristallina nanopartiklar, kända som kubosomer. Den inre strukturen i kubosomer består av växlande hydrofila och hydrofoba domäner, vilket betyder att de är kompatibla med både vattenlösliga och olösliga molekyler samt molekyler med både hydrofila och hydrofoba domäner.

Kubosomer har i tidigare forskning visat sig vara ett lovande leveranssystem för läkemedel. I denna studie har kubosomer testats in vitro med målsättningen att förstå dess potentiella effekt på bakterier. Kubosomerna skyddar peptiden LL-37 från enzymatisk nedbrytning av humana och bakteriella enzymer, vilket tidigare har begränsat LL-37 terapeutisk användning. De bakteriedödande mekanismerna hos kubosomer förenade med LL-37 är emellertid inte helt klart ännu.

I studien undersöktes de bakteriella membranstörande egenskaperna hos kubosomerna med LL-37 med hjälp av neutronreflektometri, en teknik som finns tillgänglig vid ISIS Neutron och Muon-källa (Rutherford Appleton Laboratory, Didcot, Storbritannien). Syftet var att se om kubosomerna med LL-37 kunde ha en bakteriedödande effekt på en bakterie som liknarett cellmembran. Genom att använda ett märkt (deutererat) lipid-tvåskikt kan störningen av tvåskiktet visualiseras för att undersöka om det finns en skillnad mellan de LL-37-laddade partiklarna och ren peptid. Neutronreflektionsexperimenten ger möjlighet att skilja mellan peptidadsorption till tvåskiktet, peptidbelastade partiklar adsorberande eller ingen absorption men med avlägsnande av lipider, som inte direkt kan övervakas med andra tekniker.

Resultaten tyder på att kubosomer med LL-37 kan ha antibakteriell effekt, att de bidrar till att cellväggen hos de gramnegativa bakterierna förändras och bakterien dör samtidigt som de skyddar LL-37 mot enzymatisk nedbrytning. Dock behövs vidare in vivo-studier för att kunna utvärdera de kliniska möjligheterna med kubosomer som leveranssystem för läkemedel. Men studien pekar ändå på att interaktionen mellan kubosomer och bakterier kan ha en signifikant positiv effekt på antibiotikakrisen.

Studien genomfördes I ett samarbete mellan forskare på RISE Research Institutes of Sweden, Lunds universitet, University of Copenhagen, Uppsala universitet, Chalmers tekniska högskola samt ISIS Neutron and Muon Source

Läs den fullständiga rapporten här: Peptide-Loaded Cubosomes Functioning as an Antimicrobial Unit against Escherichia coli