Aanhoudende longinfecties, chronische wonden en zorggerelateerde infecties zijn doorgaans veel moeilijker te behandelen dan andere soorten bacteriële infecties. Dit komt omdat ze vaak worden veroorzaakt door biofilms, dat wil zeggen kolonies van microben - voornamelijk bacteriën - die samen groeien in een zelfgeproduceerde matrix die ze beschermt en isoleert van de externe omgeving.

Nu is het een nieuw drievoudig werkend antibioticum gelukt om de biofilm extracellulaire Matrix en elimineer meer dan 50% van de ziekteverwekkers in één keer, volgens een studie gepubliceerd in het tijdschrift npj Biofilms en microbiomen. De studie werd geleid door Eduard Torrents, docent aan de afdeling Genetica, Microbiologie en Statistiek van de Faculteit Biologie en hoofd van de groep over bacteriële infecties: antimicrobiële therapie van het Instituut voor Bio-engineering van Catalonië (IBEC).

Deze extracellulaire matrix verergert resistentie tegen antibiotica, een van de grootste bedreigingen voor de wereldwijde gezondheid, volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO), aangezien het doden van de bacteriën in de film tot duizend keer moeilijker is. Biofilminfecties zijn daarom het belangrijkste niet-specifieke mechanisme van antimicrobiële resistentie.

Het aanvallen van deze microben met alleen antibiotica is niet genoeg. Er is behoefte aan hulpmiddelen die de extracellulaire matrix afbreken om toegang te krijgen tot de bacteriën binnenin en deze te doden. De eerste auteur van deze studie, die deze mijlpaal heeft bereikt, is Núria Blanco-Cabra, postdoctoraal onderzoeker van de groep onder leiding van Eduard Torrents aan de UB en IBEC. De studie werd uitgevoerd samen met wetenschappers van CIDETEC (Baskenland).

Een drievoudig werkende medicijncombinatie

Het onderzoek richtte zich op de bacterie Pseudomonas areuginosa, een ziekteverwekker die vaak groeit in biofilms in de longen van patiënten met taaislijmziekte or chronische obstructieve longziekte (COPD), die aanhoudende infecties veroorzaken. "We hebben biofilmculturen in vitro gekweekt, met behulp van een techniek die lijkt op de manier waarop ze in de natuur bestaan ​​en groeien", voegde Torrents eraan toe.

In de klinische praktijk worden deze infecties meestal behandeld met een antibioticum dat tobramycine wordt genoemd. De effectiviteit ervan wordt echter beperkt door het onvermogen om de film binnen te dringen. Dit gebeurt omdat tobramycine, dat positief geladen is, wordt geneutraliseerd door de extracellulaire matrix (met een negatieve lading).

De onderzoekers laadden het antibioticum in negatief geladen nanodeeltjesdragers. Dit zou de positieve lading kunnen neutraliseren voordat het medicijn de biofilm bereikte, waardoor het de extracellulaire matrix kon breken en de bacteriën erin kon doden. Wat belangrijker is, deze dragers - gebouwd door op dextran gebaseerde nanodeeltjes met een enkele keten - waren in staat om tot 40% van het gewicht van het antibioticum te transporteren.

"Veel van de eerder bestudeerde nanotransporters hebben slechts een kleine lading van de doelverbinding kunnen vasthouden, waardoor hun klinisch gebruik. We zijn erin geslaagd om dit obstakel te overwinnen”, zegt Torrents.

De met antibiotica beladen nanodragers waren ook gecoat in een enzym genaamd DNase I. Een van de verbindingen die de biofilms van bacteriën bij elkaar houdt, is structureel DNA dat overal in de extracellulaire matrix wordt aangetroffen. DNase I kan deze "lijm" afbreken, waardoor de matrix losraakt en het antibioticum nog verder in de biofilm kan doordringen.

"Door een antibioticum te combineren met een aantal middelen die de biofilm opbreken, hebben we een medicijn gecreëerd dat krachtiger is dan het antibioticum alleen dat de bacteriën doodt die in de film leven", zegt Eduard Torrents, hoofdonderzoeker van het onderzoek.

gebruik microscopie beelden, ontdekten de onderzoekers dat het nieuwe middel niet alleen het structurele DNA in de extracellulaire matrix, maar ook dat het handelde op en het doden van de bacteriën binnen. Met slechts een enkele toepassing verminderden ze de bacteriële biomassa met meer dan de helft.

"Na zo'n significante verwijdering van de biofilm met een enkele dosis van ons middel, voorspelden we dat een volledige antibioticakuur de last van deze infecties, die buitengewoon moeilijk te behandelen zijn, aanzienlijk zou kunnen verminderen."

Bij toekomstige klinische toepassingen zou dit middel in meerdere doses kunnen worden toegediend, zoals gebruikelijk is bij antibiotica. De volgende stap is om te werken aan de klinische validatie van dit systeem. De commercialisering ervan zou een beslissende vooruitgang betekenen in de behandeling van biofilminfecties, waarvan de wereldwijde economische kosten momenteel 4 miljard dollar per jaar bedragen.