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Antibiotikaresistenzen: Bakterien künftig physisch zerstören

(07.02.2020) Forscher in Australien haben eine neue Technologie zur Zerstörung von Bakterien mit flüssigem Metall entwickelt. Die auf Nanopartikeln beruhende Technik stellt einen neuen Ansatz dar, das tödliche Problem von Antibiotikaresistenzen lösen.


07.02.RMIT

Bakterien der Gattung Staphylococcus aureus vor (links) und nach (rechts) der Exposition mit magnetischen Flüssigmetall-Nanopartikeln. Auf den 70.000-fach vergrösserten Bildern sind scharfkantige Stücke von flüssigen Metallpartikeln zu sehen, welche die Bakterien nach der Behandlung physikalisch zerstören.



Die in Australien entwickelte Technologie verwendet magnetisches, Flüssigmetall in Nanopartikel Grösse. Das Metall vermag bakterielle Biofilme – die schützende Schicht, in der Bakterien oft leben – mechanisch zu zerstören, ohne das umliegende Gewebe zu schädigen.


Die vom RMIT durchgeführten Studien wurden im ACS Nano veröffentlicht und stellen eine neuartige Technik im Kampf gegen Bakterien dar. Antibiotikaresistenzen sind weltweit ein grosses Problem, und verursachen mindesten 700’000 Todesfälle pro Jahr. Ohne Gegenmassnahmen, könnte bis 2050 die Zahl Todesfälle auf 10 Millionen pro Jahr steigen und würde damit Krebs als Hauptursache aller Todesfälle ablösen.


Die grösste Gefahr stellen die Verbreitung von gefährlichen, arzneimittelresistenten «Superkeime» (Superbugs - Keime, die gegen mehrere Antibiotika resistent sind) Biofilm-Infektionen dar, welche nicht mehr auf die Behandlung mit den zurzeit verfügbaren Antibiotika ansprechen.


Dr. Aaaron Elbourne erklärt, dass Antibiotika das Gesundheitswesen seit ihrer Entdeckung vor 90 Jahren revolutioniert haben, aber dass diese ihre Wirkung aufgrund von falscher Anwendung zusehends verloren haben. «Wir sind auf dem Weg in ein «post-antibiotisches» Zeitalter, wo gewöhnliche Infektionen, kleinste Verletzungen und Routineoperationen wieder tödlich enden können», so Elbourne, Postdoctoral Fellow im Nanobiotechnology Laboratory am RMIT. « Es reicht nicht aus, den Antibiotikaverbrauch zu senken. Wir müssen die Strategien im Kampf gegen bakterielle Infektionen grundlegend überdenken.»


Mechanik anstatt Chemie
Bakterien sind unglaublich anpassungsfähig und entwickeln mit der Zeit immer Mechanismen, um chemischen Wirkstoffe zu inaktivieren. Allerdings haben sie keine Chance, gegen einen physikalischen Angriff. «Unsere Methode basiert auf präzise entwickelten Flüssigmetallen, welche Bakterienzellen mechanisch zerstören und Biofilme zerreissen. Die Technologie hat das Potential, Antibiotika abzulösen.


Das Team der RMIT ist derzeit die einzige Forschungsgruppe weltweit, welche das antibiotische Potential von magnetischen Flüssigmetall Nanopartikeln untersucht. Werden die Metalltröpfchen in Nanopartikelgrösse einem magnetischen Feld ausgesetzt, verändern sie ihre Form und entwickeln scharfkantige Ecken. Werden solche Tröpfchen in Kontakt zu einem Biofilm platziert, kommt es durch die scharfen Kanten und Spitzen zur Ruptur der Zellen und somit den Biofilm. In der neuen Studie testete das Team die Wirkung gegen Biofilme aus Gram-positiven und Gram-negativen Bakterien. 90 Minuten nach dem ersten Kontakt mit den Flüssigmetall-Nanopartikeln waren beide Arten von Biofilmen zerstört und 99 % der Bakterien tot. Die Labortests zeigten, dass die bakterien-zerstörenden Tröpfchen die menschlichen Zellen aber nicht beeinträchtigten.


Postdoctroal Fellow Dr. Vi Khanh Truong ist überzeugt, dass die Technologie eines Tages in einem breiten Anwendungsgebiet zur Behandlung von Infektionen eingesetzt werden könnte: «Die Technik könnte auch als Spray-Coating für Implantate verwendet werden. Diese würden dann in höchstem Masse antibakteriell was die Infektionsraten für Hüft- und Knieprothesen drastisch senken würde. Es besteht aber auch die Möglichkeit, aus die Tröpfchen in-situ zu injizieren und so eine Behandlung von Infektionen an Ort und Stelle zu ermöglichen.»


Als nächstes wollen die Forscher die Wirksamkeit der Technologie in präklinischen Tierversuchen testen. Die Studien haben bereits begonnen und das Team hofft, in den kommenden Jahren bereits klinische Tests am Menschen vornehmen zu können.


Unter der Führung von Truong, Elbourne and Dr. James Chapman plant das multidisziplinäre Forscherteam die Technologie noch weiter auszuarbeiten und ihre Anwendung in den folgenden Gebieten zu studieren:

• Behandlung von Pilzinfektionen (welche die nächsten schwer zu behandelnden Keime darstellen, da ihr Stoffwechsel dem der Menschlichen Zellen sehr ähnlich ist)
• Zerstörung von Chloesterol-Plaques im Kampf bei Herzproblemen
• Stoppen von Tumoren durch direkte Injektion in die Krebszellen


Text: Gosia Kaszubska
Übersetzung aus dem Englischen: Sonja Bichsel-Käser


Weitere Informationen:
www.rmit.edu.au


Originalpublikation

Kontakt:

RMIT University
124 La Trobe Street
AU-Melbourne VIC 3001
+61 3 9925 2000



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