Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Kelvin Yeung Wai-kwok von der Abteilung für Orthopädie und Traumatologie, School of Clinical Medicine, LKS Faculty of Medicine, der University of Hong Kong (HKUMed) hat eine nicht-invasive und nicht-antibiotische Technologie erfunden, um effektiv zu sein reduzieren Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA)-Infektionen im Knochengewebe.
Die neuartigen antibakteriellen Nanoblätter können bei Ultraschallstimulation eine beträchtliche Menge an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) freisetzen. Durch die Aufnahme der neutrophilen Membran (NM) sind die Nanoblätter in der Lage, die tief im Knochengewebe sitzenden MRSA-Bakterien aktiv einzufangen und effektiv 99,72 % ± 0,03 % zu eliminieren. Die Forschung wurde in veröffentlicht Fortgeschrittene Werkstoffe.
Eine Knocheninfektion (Osteomyelitis) ist eine Infektion des Knochens oder des Knochenmarks, die durch Bakterien, Pilze oder andere Mikroorganismen verursacht wird. Der gemeinsame ursächliche Krankheitserreger ist MRSA. Schwere Infektionen können Patienten dem Risiko einer Amputation aussetzen oder sogar eine lebensbedrohliche Sepsis auslösen. In der klinischen Praxis beinhaltet die Behandlung einer Knochengewebeinfektion typischerweise Antibiotika und ein chirurgisches Débridement, um den infizierten Knochen oder das infizierte Gewebe zu entfernen.
Der übermäßige Einsatz von Antibiotika beeinträchtigt jedoch nicht nur die angeborene Immunfunktion des Wirts, sondern kann auch unweigerlich zur Entstehung arzneimittelresistenter Krankheitserreger führen. Kürzlich wurde die Phototherapie (einschließlich photodynamischer und photothermischer Therapie) als antibiotikafreie Strategie zur Bekämpfung bakterieller Infektionen eingesetzt. Die konventionelle Phototherapie ist jedoch aufgrund ihrer begrenzten Durchdringungskraft nicht in der Lage, tiefe Gewebeinfektionen in den Knochen zu behandeln.
Die Forscher verfolgten daher eine alternative antibiotikafreie Strategie, die sich die Durchdringungskraft von Ultraschall in menschliches Gewebe zunutze macht.
Das HKUMed-Forschungsteam erfand einen neuen zweidimensionalen (2D) Sonosensibilisator, Ti3C2-SD(Ti3+)-Nanoblätter. Ein herkömmlicher Sonosensibilisator, der in der Null-Dimension angeordnet ist, ergibt eine begrenzte Effizienz bei der ROS-Erzeugung.
Der innovative 2D-Sonosensibilisator, der eine Fülle planarer katalytischer Stellen enthält, kann effektiv eine beträchtliche Menge an ROS erzeugen, wenn er durch ein Ultraschallsignal ausgelöst wird. Die NM-Ti3C2-SD(Ti3+)-Nanoblätter (NM-Nanoblätter) können, nachdem sie mit einer neutrophilen Membran (NM) bedeckt wurden, die MRSA-Bakterien im Knochengewebe unter Ultraschallstimulation aktiv aufspüren.
Im Tiermodell haben die neuartigen Nano-Folien die MRSA-Bakterien im Knochen in mehr als 99,72 % der Fälle eliminiert, während die Antibiotika-Therapie (Vanco) wirkungslos war. Darüber hinaus können die NM-Nanoblätter auch Gewebeentzündungen lindern und die Knochenreparatur unterstützen, sobald die Infektion des Knochengewebes unter Kontrolle gebracht wurde. Darüber hinaus stellen die NM-beschichteten Nanoblätter keine akuten Biosicherheitsprobleme dar.
Professor Kelvin Yeung Wai-kwok bemerkte: „Unser Design hat einen qualitativen Sprung gemacht, bei dem sich die katalytische ROS-Stelle im Sonosensibilisator von nulldimensional zu zweidimensional verändert hat. Diese Erfindung kann die Produktion von Bakteriziden (ROS) bemerkenswert steigern. Wir können erwägen Sie auch die Anwendung dieser Erfindung auf die postoperative bakterielle Infektion, die in der Zukunft häufig bei Knochenkrebspatienten oder Patienten mit Zystitis und Peritonitis auftritt.“
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Congyang Mao et al, Realisierung einer hocheffizienten sonodynamischen bakteriziden Fähigkeit durch den Phonon-Elektronen-Kopplungseffekt unter Verwendung zweidimensionaler katalytischer planarer Defekte, Fortgeschrittene Werkstoffe (2022). DOI: 10.1002/adma.202208681