Kapak resmi, biyofilm bulaşmış bir yaraya ultrason aracılı ilaç dağıtımını göstermektedir. Kredi: Ella Marushchenko
Bilim adamları, kronik yara enfeksiyonlarına ilaç dağıtımını iyileştirmek için yeni bir strateji geliştirdiler.
Kronik yaralar; doğru bir şekilde iyileşir, Staphylococcus aureus veya S. aureus gibi bakteriyel enfeksiyonlar nedeniyle tedavi edilmesi önemli bir zorluk teşkil eder. Bu bakteriler, hastane ortamlarında ciddi enfeksiyonların birincil kaynağı olan metisiline dirençli S. aureus (MRSA) gibi antibiyotiklere dirençli olduğunda bu durum daha da karmaşık hale gelir.
Sarah Rowe- Conlon, Doktora Kredi: UNC Mikrobiyoloji ve İmmünoloji Departmanı
Kendisini insan bağışıklık sisteminden ve diğer potansiyel tehditlerden korumak için S. aureus, biyofilm olarak bilinen kaygan ve sümüksü bir kalkan oluşturmak üzere bir araya gelebilir. Biyofilm bariyeri o kadar kalındır ki, ne bağışıklık hücreleri ne de antibiyotikler içeri girip zararlı bakterileri etkisiz hale getiremez.
UNC Tıp Okulu ve UNC-NC Devlet Ortak Biyomedikal Mühendisliği Departmanındaki araştırmacılar yeni bir yöntem geliştirdiler. S. aureus ile enfekte olmuş kronik yaralarda ilaç dağıtımını iyileştirmeye yardımcı olmak için palmitoleik asit, gentamisin ve non-invaziv ultrasonu birleştiren bir sistem.
Araştırmacılar, yeni stratejilerini kullanarak, zorlu MRSA enfeksiyonunu azaltmayı başardılar. diyabetik farelerin yaralarını %94 oranında Birkaç faredeki yaraları tamamen sterilize edebildiler ve geri kalanı bakteri yükünü önemli ölçüde azalttı. Sonuçları Cell Chemical Biology’de yayınlandı.
Kıdemli yazar Sarah Rowe, “Bakteriler kronik yaralardan tamamen temizlenmediğinde, hastayı enfeksiyonun tekrarlaması veya ikincil bir enfeksiyon geliştirmesi açısından yüksek risk altına sokar” dedi. -Conlon, Ph.D., Mikrobiyoloji ve İmmünoloji Bölümü’nde araştırma görevlisi. “Bu terapötik strateji, sonuçları iyileştirme ve hastalarda kronik yara enfeksiyonlarının nüksetmesini azaltma potansiyeline sahiptir. Bunu kliniğe aktarma potansiyeli bizi heyecanlandırıyor ve şu anda bunu araştırıyoruz.”
Biyofilmler, birçok antibiyotik sınıfına karşı fiziksel bir engel görevi görür. UNC-NCSU Ortak Biyomedikal Mühendisliği Departmanında araştırma görevlisi profesör olan Ph.D. Virginie Papadopoulou, invazif olmayan kavitasyonla güçlendirilmiş ultrasonun, ilaç dağıtımını kolaylaştırmak için biyofilmde açık alanlar oluşturmak için yeterli ajitasyon yaratıp yaratamayacağını merak etti. .
Paul Dayton, Ph.D. Kredi: UNC-NCSU Ortak Biyomedikal Mühendisliği Bölümü
Faz değiştiren kontrast maddeleri (PCCA’lar) olarak adlandırılan, ultrasonla etkinleştirilebilen sıvı damlacıkları yaraya topikal olarak uygulanır. Bir ultrason transdüseri yaraya odaklanır ve açılır, damlacıkların içindeki sıvının genişlemesine ve daha sonra hızla hareket eden mikroskobik gaz dolu mikro kabarcıklara dönüşmesine neden olur.
Bu mikro kabarcıkların salınımı, hem biyofilmi hem de mekanik olarak bozarak sıvı akışını arttırır. Nihayetinde, biyofilmin bozulması ve ilaçların biyofilm boyunca artan nüfuziyetinin birleşimi, ilaçların içeri girmesine ve bakteriyel biyofilmi çok yüksek bir verimlilikle öldürmesine olanak sağladı.
“Mikro kabarcıklar ve faz değiştiren kontrast maddeleri, yerel olarak hareket eder. Dayton, William R. Kenan Jr. Biyomedikal mühendisliği. “İnatçı tümörlere lokal olarak kemoterapötikler vermek veya yeni genetik materyali hasarlı hücrelere yönlendirmek için benzer teknolojileri kullanabilmeyi umuyoruz.”
Bakteri hücreleri biyofilm içinde hapsolduğunda, onlara çok az şey kalır. besinlere ve oksijene erişim. Kaynaklarını ve enerjilerini korumak için hareketsiz veya uykulu bir duruma geçerler. Bu durumda persister hücreler olarak bilinen bakteriler, antibiyotiklere karşı son derece dirençlidir.
Araştırmacılar, yaygın antibiyotik direnci ve persister hücrelere karşı zayıf aktivitesi nedeniyle tipik olarak S. aureus’a karşı etkisiz olan topikal bir antibiyotik olan gentamisin’i seçti. Araştırmacılar ayrıca modellerine yeni bir antibiyotik adjuvanı olan palmitoleik asidi de eklediler.
Doymamış bir yağ asidi olan palmitoleik asit, güçlü antibakteriyel özelliklere sahip insan vücudunun doğal bir ürünüdür. Yağ asidi bakteri hücrelerinin zarına yerleşir ve yazarlar bunun antibiyotiğin S. aureus hücrelerine başarılı girişini kolaylaştırdığını ve persister hücreleri öldürüp antibiyotik direncini tersine çevirebildiğini keşfettiler.
Genel olarak ekip, bilim adamlarına ve doktorlara antibiyotik direnciyle mücadele etmek ve ağızdan antibiyotik almanın ciddi olumsuz etkilerini azaltmak için daha fazla araç sağlayabileceğinden, yeni topikal, invaziv olmayan yaklaşım konusunda heveslidir.
“Ağızdan veya IV gibi sistemik antibiyotikler , çok iyi çalışır, ancak genellikle toksisite, bağırsak mikroflorasını yok etme ve C. difficile enfeksiyonu gibi büyük bir risk vardır,” dedi Rowe-Conlon. “Bu sistemi kullanarak, topikal ilaçların çalışmasını sağlayabiliyoruz ve bunlar, sistemik dağıtımla ilişkili riskler olmaksızın enfeksiyon bölgesine çok yüksek konsantrasyonlarda uygulanabiliyor.”
Referans: “Biyolojik engellerin aşılması Virginie Papadopoulou, Ashelyn E. Sidders, Kuan-Yi Lu, Amanda Z. Velez, Phillip G. Durham, Duyen T. Bui, Michelle Angeles-Solano, Paul A. Dayton ve Sarah E tarafından yazılan Staphylococcus aureus yara enfeksiyonunun tedavisini iyileştirin . Rowe, 5 Mayıs 2023, Hücre Kimyasal Biyolojisi.
DOI: 10.1016/j.chembiol.2023.04.009