Ako ih prepustimo sami sebi, bakterije na našim zubima ili ranjenoj koži mogu se pretvoriti u ono što se naziva biofilm. Ove bakterije uništavaju naše tkivo i, pošto su zaštićene sluzom od antibiotika, teško ih je izbaciti. Nova strategija može ponuditi jednostavan način za uništavanje bakterija.
Istraživači sa Univerziteta u Pensilvaniji i Univerziteta Stanford razvili su nanočestice zlata obložene šećerom koje su koristili za snimanje i uništavanje biofilma. U studiji objavljenoj u Journal of Clinical Investigation, autori su pokazali dijagnostički i terapeutski potencijal nanočestica na zubima i ranjenoj koži pacova i miševa, eliminišući biofilmove za samo jedan minut i nadmašujući uobičajene antimikrobne lekove.
„Sa ovom platformom možete da razbijete biofilmove bez hirurškog uklanjanja infekcija, što može biti neophodno kada koristite antibiotike. Osim toga, ova metoda može da leči pacijente ako su alergični na antibiotike ili su zaraženi sojevima koji su otporni na lekove“, rekla je Luisa Rasel , Ph.D., programski direktor u Odseku za nauku i tehnologiju otkrića na NIBIB-u. „Činjenica da je ovaj metod bez antibiotika je ogromna snaga.“
Oralni biofilmovi, poznati i kao plakovi, formirani od bakterija kao što je Streptococcus mutans, mogu izazvati značajno propadanje zuba. Infekcije rana, koje su obično uzrokovane bakterijama Staphilococcus, mogu u velikoj meri odložiti proces zarastanja. U oba slučaja, gusto zbijena mreža proteina i ugljenih hidrata unutar biofilma može sprečiti antibiotike da dođu do mikroba širom pogođenog područja.
Ali to nije obim problema koji postavljaju biofilmovi. Ne samo da ih je teško ukloniti, već ih je teško uočiti.
Ovo novo istraživanje je identifikovalo rešenje za otklanjanje oba problema jednim kamenom: zlatom.
Zlato je netoksično i lako pretvara energiju iz izvora svetlosti u toplotu, što ga čini glavnim kandidatom za fototermalnu terapiju, strategiju koja koristi toplotu iz nanočestica za ubijanje obližnjih patogena. Pored generisanja toplote, nanočestice emituju ultrazvučne talase koji se mogu detektovati kao odgovor na svetlost, što znači da se zlatne čestice mogu vizuelizovati korišćenjem tehnike koja se zove fotoakustično snimanje.
U novoj studiji, autori su kapsulirali zlatne sfere u veće nanočestice u obliku zlatnog kaveza kako bi optimizovali njihov odgovor na svetlost i za terapeutske i za svrhe snimanja. Da bi čestice bile privlačne za bakterije, obložili su ih dekstranom, ugljenim hidratom koji je uobičajen gradivni blok biofilma.
Istraživači su procenili svoju strategiju primenom zlatnih nanočestica na zube inficirane S. mutansom iz ek vivo čeljusti pacova.
U testu fotoakustičnog snimanja na zubima, nanočestice su emitovale signale koji su dolazili glasno i jasno, omogućavajući timu da tačno vidi gde su biofilmi zauzeli čestice obložene dekstranom na zubima.
Zatim su, da bi procenili terapeutski efekat čestica, zračili zube laserom. Poređenja radi, lečili su druge inficirane uzorke zuba lokalnim antiseptikom hlorheksidinom.
Tim je primetio oštar kontrast u ishodima dva tretmana, pri čemu je fototermalna terapija bila skoro 100% efikasna u ubijanju biofilma, dok hlorheksidin nije značajno umanjio održivost bakterija.
„Metod tretmana je posebno brz za oralnu infekciju. Primenili smo laser na jedan minut, ali zaista za oko 30 sekundi ubijamo u osnovi sve bakterije“, rekla je prva autorka studije Mariam Hajfathalian, dr. profesor biomedicinskog inženjerstva na Tehnološkom institutu u Nju Džersiju, koji je sproveo ovu studiju dok je bio postdoktorski istraživač na Univerzitetu Pensilvanije i Univerzitetu Stanford.
Procene sprovedene na miševima sa otvorenim ranama na koži, inficiranim Staphilococcus aureus, bile su na sličan način uspešne, jer je toplota koju stvaraju nanočestice u velikoj meri nadmašila drugi antimikrobni agens zvan gentamicin. Ovde su istraživači takođe izmerili i primetili porast temperature od 20°C lokalizovan na biofilmu, ne izazivajući nikakva očigledna oštećenja okolnog tkiva.
Autori ukazuju da daljim testovima imaju za cilj da pokažu da li strategija može sprečiti karijes ili ubrzati zarastanje.
„Mislim da je važno videti koliko je ovaj proces jeftin, jednostavan i brz. Pošto smo ograničeni u upotrebi antibiotika, potrebni su nam novi tretmani kao što je ovaj kao zamena“, rekao je Hajfatalijan.
