Der Einsatz von Antibiotika hilft bei der Bekämpfung bakterieller Infektionen, aber der Missbrauch von Antibiotika hat zur Entstehung und weit verbreiteten Prävalenz von „Superbakterien“ geführt, wodurch die Behandlung von Infektionskrankheiten wieder zu einem weltweiten Problem wird.
Die photothermische Technologie (PTT) hat für die Behandlung von bakteriellen Infektionen breite Aufmerksamkeit erfahren. Kürzlich haben Forscher des Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology (SIBET) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften bakterienaffine photothermische Kohlenstoffpunkte (BAPTCDs) aus o-Phenylendiamin und D-Glutaminsäure (D-Glu) durch eine solvothermale Methode entwickelt.
BAPTCDs können Bakterien spezifisch binden und sich durch Laserbestrahlung schnell erhitzen, um Bakterienzellwände zu zerstören und Bakterien abzutöten.
Die Studie wurde veröffentlicht in Grenzen in Bioengineering und Biotechnologie.
„PTT verwendet gezielte Erkennung, um photothermische Materialien in der Nähe des Zielgewebes anzusammeln und Lichtenergie über eine externe Lichtquelle, normalerweise Nahinfrarotlicht, in Wärmeenergie umzuwandeln, um Bakterien abzutöten“, sagte Song Yizhi, Mitautor der Studie.
Für die spezifische Identifizierung und Abtötung von Bakterien ist es jedoch sehr wichtig, ein spezifisches photothermisches bakterizides Material zu entwickeln.
Als wichtiges Enzym in der bakteriellen Zellwandsynthese katalysiert die MurD-Ligase das Intermediat mit D-Glu. Es existiert nur in Prokaryoten, und nur Prokaryoten können Aminosäuren vom D-Typ verwerten. Daher werden D-Glu-Derivate oft verwendet, um antibakterielle Mittel zu entwickeln, um Bakterien abzutöten, indem sie die Zellwandsynthese hemmen.
„BAPTCDs haben eine hervorragende photothermische Wirkung. Die Temperatur der BAPTCD-Lösung mit unterschiedlichen Konzentrationen kann innerhalb von 10 Minuten ansteigen und sich stabilisieren“, sagte Dr. Qie Xingwang, Erstautor der Studie. Die maximale Temperatur von BAPTCDs stieg mit zunehmender Materialkonzentration und Laserleistung.
Die Ergebnisse der Experimente zeigten, dass 80,33 % von E. coli und 89,27 % von S. aureus durch BAPTCDs ohne NIR getötet wurden, was zu seiner Hemmung des MurD-Proteins beitragen könnte. Bei Bestrahlung mit NIR überlebten nur 3,67 % der E. coli und alle S. aureus wurden aufgrund der schnell ansteigenden Temperatur abgetötet.
„In Kombination mit den Vorteilen hoher Stabilität, hoher Fluoreszenzquanteneffizienz, guter Wasserlöslichkeit und Ungiftigkeit der Kohlenstoffpunkte selbst haben die BAPTCDs eine sehr gute Anwendungsperspektive“, sagte Dong Wenfei, Mitautor der Studie.
Xingwang Qie et al, Design, Synthese und Anwendung von Kohlenstoffpunkten mit synergistischer antibakterieller Aktivität, Grenzen in Bioengineering und Biotechnologie (2022). DOI: 10.3389/fbioe.2022.894100