Von Seepocken inspirierte Polymere könnten eine neue Möglichkeit zur Entwicklung von Antibiotika darstellen, sagen Forscher

In der wissenschaftlichen Literatur wurde gezeigt, dass Seepocken, die sich an Felsen an der Meeresküste festklammern, natürlich vorkommende Chemikalien nutzen, um die Felsoberflächen von Bakterien zu befreien und so ihren klebrigen „Kleber“ vorzubereiten. Da das Labor des Bioingenieurprofessors Abraham Joy bereits ein synthetisches Polymer entwickelt hatte, das gut auf nassen Oberflächen haftet, fragten sich die Forscher, ob sie das Material verwenden könnten, um Bakterien aus ihren Verankerungen in anderen Umgebungen, einschließlich menschlichem Gewebe und Industrierohren, zu lösen.

„Wir haben darüber nachgedacht, ob wir diese Idee nutzen können, um nahezu zu simulieren, was Seepocken tun, und Materialien zu testen, um zu sehen, ob sie ähnliche Wirkungen haben“, sagt Joy, die im Januar Vorsitzende der Abteilung für Bioingenieurwesen der Northeastern University wurde.

„Als wir es gemacht haben, waren wir überrascht, dass es sehr gut gegen bestimmte bakterielle Biofilme wirkt“, sagt er.

Biofilme sind eine Ansammlung von Mikroorganismen, die auf verschiedenen Oberflächen wachsen können und zu denen auch Bakterien und Pilze gehören können.

Eine Recherche Papier Er war Co-Autor des Zeitschrift der American Chemical Society zeigten, dass das Polymer in der Lage war, nahezu den gesamten Biofilm zu entfernen, in dem sich ein Bakterium, Pseudomonas aeruginosa, befindet, das antibiotikaresistente Infektionen verursachen kann.

„Diese Forschung zeigt uns, dass wir möglicherweise über eine neue Denkweise bei der Entwicklung von Antibiotika verfügen“, sagt Joy.

Es sei möglich, dass die Polymere in Zukunft in flüssiger Form auf Biofilme in chronischen oder langsam heilenden Wunden aufgetragen werden könnten, sagt er. Es könnte auch industrielle Anwendungen zur Entfernung bakterieller Kontaminationen aus Rohren und medizinischen Geräten geben.

Beseitigung der Biofilme, die Bakterien beherbergen

Joy sagt, dass es bei der Forschung eigentlich nicht darum geht, Bakterien abzutöten, sondern darum, die Wechselwirkungen zwischen den Biofilmen, in denen sie leben, und den Oberflächen, auf denen sie leben, zu stören.

„Es geht uns nicht darum, die Bakterien abzutöten“, sagt er. „‚Wir sagen nur: ‚Wie gehen Sie mit der Entfernung der Biofilme selbst um?‘

„Stellen Sie sich Biofilm als Haus und Bakterien als Menschen in einem Haus vor. Wir tun den Menschen im Haus nichts. Wir arbeiten nur mit dem Exoskelett oder dem Gerüst oder der Struktur des Gehäuses. Wir machen nur.“ das Gehäuse schwächer.

Viele Formen von Bakterien bilden Biofilme, wenn sie sich auf einer Oberfläche niederlassen, sagt Joy.

Er sagt, dass 60 bis 80 % der Wunden Biofilme aufweisen, was eine Herausforderung für die Behandlung darstellt, da die Bakterien in Biofilmen ruhen und nicht wirksam auf den Cocktail oraler Antibiotika reagieren, der normalerweise in einem Krankenhaus verabreicht wird. Diese Antibiotika sollen gegen stoffwechselaktive Bakterien wirken.

„Man braucht etwas, um die Biofilme zu entfernen“, sagt Joy.

Wenn das passiert, werden die Bakterien freigelegt und werden metabolisch aktiv, sagt er. „Dann können Ihre herkömmlichen Medikamente wirken.“

Joy sagt, dass der nächste Schritt darin besteht, die Polymere, bei denen es sich um eine Art Polyester handelt, in flüssiger Form auf infizierte Wunden aufzutragen, um zu sehen, ob sie bei lebendem Gewebe wirksam sind.

„Wenn dies gelingt, wird es eine neuartige Methode zur Bekämpfung von Wundbiofilmen sein“, sagt er.

Bekämpfung von Staphylokokken- und E. coli-Biofilmen

Doch während das in seiner Forschung verwendete Polymer 99 % der Pseudomonas aeruginosa-Biofilm-Biomasse von Unterwasseroberflächen entfernte, war es bei der Entfernung von Biofilmen, die Staphylokokken und E. coli beherbergen, nicht so wirksam.

Die Zusammensetzung der Biofilme sei unterschiedlich, sagt Joy und weist darauf hin, dass erstere mehr Kohlenhydrate enthalten, während die beiden letzteren eher auf Proteinen basieren.

„Was wir jetzt versuchen, ist, den Mechanismus zu verstehen, wie das genau funktioniert“, sagt er. „Wir versuchen herauszufinden, mit welchen Bestandteilen des Biofilms das Polymer wirklich interagiert.“

„Können wir die Polymerzusammensetzung ein wenig ändern? Können wir Polymere entwickeln, die spezifisch für Staph aureus-Biofilme sind?“ fragt Joy.

„Wir hoffen, dass wir irgendwann in der Zukunft Polymere herstellen können, die speziell auf bestimmte Bakterien zugeschnitten sind“, sagt er. „Dann haben Sie ein leistungsstarkes Tool, mit dem Sie mehrere Bakterienszenarien in verschiedenen Situationen angehen können.“

Eine Goldlöckchen-Viskosität

„Die physikalischen Eigenschaften des Materials müssen genau stimmen, damit es gut mit den Bestandteilen des Biofilms interagieren kann“, sagt Joy.

Er empfiehlt, sich Biofilm als Gras auf dem Rasen vorzustellen und das Polymer als die Lösung, die ihn löst, sodass die Messer leichter herausgezogen werden können.

„Wenn das Polymer zu hydrophob oder viskos ist, „sitzt es einfach da“, sagt Joy, deren Labor die Polymerlösung testete, indem es sie in einem Winkel von 10 Grad auftrug. „Wenn es zu hydrophil“ oder verdünnt ist, „wäscht es sich einfach weg“, ohne den Biofilm zu beeinträchtigen.

„Wir hoffen, dass diese Forschung eine Diskussion über die Entwicklung von Antibiotika anstoßen wird, die die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Biofilmen berücksichtigen“, sagt er.

„Natürlich werden wir es klinisch testen, aber ich denke auch, dass es einen neuen Rahmen zum Nachdenken über die Lösung des Problems bietet.“

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Northeastern Global News erneut veröffentlicht news.northeastern.edu.