Ein Forscherteam unter der Leitung von Shuilin Wu an der Tianjin-Universität in China hat eine Entdeckung auf dem Gebiet der intelligenten Katalyse gemacht. Ihr Forschungsartikel mit dem Titel „Biomimetic Macrophage–Fe3O4@PLGA Particle-Triggered Intelligent Catalysis for Killing Multidrug-Resistant Escherichia coli“ wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Maschinenbau.
Infektionen, die durch multiresistente (MDR) gramnegative Bakterien wie MDR Escherichia coli (E. coli) verursacht werden, stellen weltweit eine große Herausforderung für medizinisches Fachpersonal dar.
Der Mangel an sicheren Antibiotika und die hohen Sterblichkeitsraten im Zusammenhang mit Infektionstherapien haben Forscher dazu veranlasst, nach innovativen Lösungen zu suchen. Das Forschungsteam der Universität Tianjin hat einen biomimetischen intelligenten Katalyseansatz entwickelt, der von der selektiven biokatalytischen Eigenschaft von Makrophagen inspiriert ist und vielversprechend bei der Bekämpfung von MDR-E.-coli-Infektionen ist, ohne normale Zellen zu schädigen.
Das intelligente Katalysesystem besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem lebenden Makrophagen (MΦ), der als intelligentes Kontrollzentrum fungiert, und Fe3O4@poly(milchsäure-co-glykolsäure) (PLGA)-Nanopartikeln, die als Fenton-Reaktionskatalysator fungieren.
Die MΦ–Fe3O4@PLGA-Partikel, auch als intelligente Katalysepartikel bezeichnet, zeigen eine selektive Biokatalyseaktivität gegen MDR E. coli, indem sie Wasserstoffperoxid (H2O2) und Lipidtröpfchen (LDs) produzieren. Die Analyse der RNA-Sequenzierungsdaten ergab, dass dieser Prozess den Lipidstoffwechsel sowie die Glykan-Biosynthese und Stoffwechselwege aktiviert.
Das von den intelligenten Katalysepartikeln erzeugte H2O2 reagiert mit Fe3O4@PLGA unter Bildung hochgiftiger Hydroxylradikale (•OH), während die LDs antimikrobielle Peptide enthalten, die speziell auf MDR E. coli abzielen.
Die Kombination von •OH und antimikrobiellen Peptiden bekämpft wirksam MDR E. coli, was zu einer beeindruckenden antibakteriellen Wirksamkeit von 99,29 % ± 0,31 % in vitro führt. Darüber hinaus bleibt die intelligente Katalysefunktion der MΦ-Fe3O4@PLGA-Partikel auch nach mehreren Passagen intakt, was auf ihre langfristige Wirksamkeit hinweist.
Das Potenzial biomimetischer intelligenter Katalysatoren geht über die Behandlung von durch MDR-Bakterien verursachten Infektionen hinaus. Das Konzept verspricht, auch andere Krankheiten anzugehen. Die Erkenntnisse des Forschungsteams ebnen den Weg für die Entwicklung innovativer Therapien, die die Eigenschaften von Makrophagen und Nanopartikeln zur Bekämpfung verschiedener Krankheiten nutzen.
Nan Zhang, Herausgeber des Fachgebiets Chemie, Metallurgie und Werkstofftechnik von Maschinenbauäußerte sich optimistisch hinsichtlich der Zukunft der biomimetischen intelligenten Katalyse.
„Diese Forschung zeigt das bemerkenswerte Potenzial von MΦ-Fe3O4@PLGA-Partikeln als wirksame und sichere antibakterielle Wirkstoffe. Die Tatsache, dass PLGA- und Fe3O4-Nanopartikel bereits von der US-amerikanischen FDA für die Verwendung beim Menschen zugelassen wurden, erhöht die Aussichten dieses Ansatzes für klinische Anwendungen weiter.“ .“
Während die Forschung spannende Möglichkeiten bietet, ist die klinische Anwendung lebender Zellen derzeit durch die Kultivierungsbedingungen begrenzt. Die Pionierarbeit des Teams dient jedoch als Grundlage für die weitere Erforschung und Entwicklung biomimetischer intelligenter Katalysesysteme für ein breites Spektrum von Krankheiten.
Mehr Informationen:
Jieni Fu et al, Biomimetic Macrophage–Fe3O4@PLGA Particle-Triggered Intelligent Catalysis for Killing Multidrug-Resistant Escherichia coli, Maschinenbau (2023). DOI: 10.1016/j.eng.2023.05.022