Diese molekularen Bohrer töten Krebszellen und antibiotikaresistente Bakterien

Nichtalles ist größer in Texas.

Ein Forscherteam im Lonestar State hat eine Reihe von sechs unglaublich kleinen Bohrern entwickelt – jeder ist ein einzelnes Molekül – die den Kampf gegen neu definieren könnten.antibiotikaresistente Bakterien.

Diese Nanomaschinen funktionieren, indem sie sich selbst anheftenan die Oberfläche von Bakterienzellen. Wenn sie Licht ausgesetzt werden, drehen sie sich mit unglaublich hoher Geschwindigkeit, um Löcher direkt in die Bakterien zu bohren. Die neue Technologie wird in a beschrieben. Papier veröffentlicht am Mittwoch im Peer-Review-JournalWissenschaftliche Fortschritte.

Interessante Technik | wissenschaft-x.com hat sich mit Tour getroffen, um mehr über die neue Technologie und ihre Bedeutung für die Zukunft der Medizin zu erfahren.

Dieses Interview wurde aus Gründen der Länge und Klarheit bearbeitet.

IE: Was genau hast du gebaut?

Tour: Es ist eine molekulare Maschine, die in ein Bakterium bohrt, um es zu töten. Wir haben bereits gezeigt, dass wir Krebszellen mit diesen Nanomaschinen töten können, indem wir in die Krebszellen bohren. Jetzt zeigen wir, dass diese Bakterien töten können.Es spielt keine Rolle, ob sie gramnegativ oder grampositiv sind. Es spielt keine Rolle, um welche Art von Bakterien es sich handelt. Es tötet sie alle. Völlig wahllos. Es tötet sie alle.

Diese Art von molekularem Motor wurde entwickelt von Ben Feringa, der 2016 den Nobelpreis für die Schaffung von Molekülen erhielt, die sich drehen, wenn man sie mit ultraviolettem Licht bestrahlt. Wir haben diese Strukturen genommen und sie so modifiziert, dass sie mit Licht im sichtbaren Bereich arbeiten können. Wir haben sie auch so modifiziert, dass sie an ihnen haften bleibenOberflächen von Bakterienzellen. Wenn Sie sie mit Licht beleuchten, drehen sie sich etwa drei Millionen Umdrehungen pro Sekunde und bohren am Ende ein Loch in die Bakterienmembran.

IE: Wie funktioniert es?

Du beginnst mit einer verdrillten Doppelbindung. Wenn du diese mit Licht anregst, geht die Doppelbindung in Einfachbindungen über und dreht sich in einem 90-Grad-Winkel. Sie kann sich auf zwei Arten entspannen, aber das Molekül bevorzugt eine Richtunggegenüber dem anderen aufgrund sogenannter diastereotoper Übergangszustände. Die Moleküle drehen sich in eine Richtung, und das erzeugt letztendlich das Loch. Wenn wir die Moleküle vom Flattertyp verwenden, die hin und her gehen, zeigen sie sich nicht so effektiv.

IE: Wie tötet der Bohrer eigentlich die Bakterien ab?

Tour: Es kann Bakterien abtöten, indem es einfach Löcher in die Membran sticht und sie öffnet. Sie können dies auch zusammen mit veralteten Antibiotika verwenden. Oft entwickeln Bakterien Resistenzen, indem sie eine Barriere aufbauen, die ein Antibiotikum an ihrer Oberfläche erkenntund verhindert, dass es durchdringt. Wir können die Nanomaschine verwenden, um ein Loch in die Membran zu stechen, und danach das Antibiotikum den Rest der Arbeit erledigen lassen.

Wir haben auch gezeigt, dass es gegen sogenannte Persistenzzellen geht. Wenn Sie eine Infektion mit normalen Antibiotika behandeln, haben Sie oft nur eine kleine Anzahl von Bakterien, die es aus irgendeinem genetischen Grund schaffen, den Kontakt mit den Antibiotika zu überleben. Nach der Behandlung können diesePersister-Zellen sind die einzigen, die übrig bleiben – und sie vermehren sich. Dann haben Sie eine ganze Generation von Persister-ähnlichen Zellen, die Sie nicht mehr effektiv töten können.

IE: Stellen diese Antibiotikabarrieren ein Problem für die Molekularbohrer dar?

Tour: Das spielt keine Rolle. Wir haben Persisterzellen über Generationen hinweg gezüchtet. Dann haben wir sie der Technologie ausgesetzt, und sie sterben genauso schnell wie normale Bakterienzellen. Die Bilder zeigen, dass die Membranen alle pockenartig sind und Löcher habensie. Es ist eine mechanische Art des Tötens im Nanometerbereich.

IE: Sie haben bereits Versionen dieser Technologie entwickelt, die Krebszellen abtöten können. Warum haben Sie sich entschieden, Ihre Aufmerksamkeit auf Bakterien zu richten?

Tour: Bakterien sollen bis zum Jahr 2050 jährlich 10 Millionen Menschen töten. Also, was ich den Schülern sage, ist, wenn Sie in meinem Alter sind, wird eine bakterielle Infektion COVID wie einen Spaziergang im Park aussehen lassen. Bakterien sind estöten bereits jedes Jahr viele, viele Menschen, besonders in Krankenhäusern.

Wir müssen lernen, diese Dinger zu kontrollieren, weil sie ihre Struktur anpassen, um Antibiotika zu widerstehen. Es gibt nicht viele Pharmaunternehmen, die an neuen Antibiotika arbeiten, weil es kein Geld dafür gibt. Bakterien finden oft heraus, wie sie ein neues Antibiotikum nach nur vier Jahren überlebenoder fünf Jahre – bevor ein Pharmaunternehmen überhaupt sein Geld zurückgezahlt hat.Es gibt ungefähr eine 30-jährige Lücke in der neuen Technologie für neue Molekülklassen zum Abtöten von Bakterien.Im Moment laufen wir alte Versionen und nur Modifikationen alter Versionen ab.

IE: Könnten Bakterien Resistenzen gegen diese Bohrer entwickeln, so wie sie Resistenzen gegen Antibiotika entwickelt haben.

Tour: Es tötet durch einen Mechanismus, vor dem sich Bakterien höchst unwahrscheinlich jemals schützen werden, da es sich um eine mechanische Aktion handelt, nicht um eine chemische Aktion. Wir verwenden diese als nanometergroße Maschinen, die in Bakterienmembranen bohren. Wenn aBakterium könnte ein Skalpell abwehren, es könnte diese Maschinen abwehren.

IE: Wie würde diese Technologie in einer realen Anwendung angewendet werden?

Tour: Wenn ein Patient einen Bereich hat, der beispielsweise Gangrän aufweist, würde ein Kliniker diese Technologie anwenden und diesen Bereich dann beleuchten. Wenn sich Bakterien im Magen-Darm-Trakt ansammeln, können Sie den Magen-Darm-Trakt beleuchten. Sie können ein Licht in die Harnwege stecken. Es funktioniert überall dort, wo Sie Zugang zu Licht haben. Oder Sie könnten durch die Haut gehen und das Licht auf diese Weise bringen. Nur wenn das Licht auftrifft, werden diese Nanomaschinen aktiviert.

IE: Könnte eine andere Lichtquelle – zum Beispiel Sonnenlicht – diese Maschinen versehentlich aktivieren?

Tour: Nein, denn Sie müssen eine bestimmte Lichtwellenlänge und eine bestimmte Intensität haben, damit dies geschieht. Es ist ein sehr selektives System, da es nur dort aktiviert wird, wo Sie den Bereich behandeln und wo Sie das Licht ausstrahlen.

IE: Wie lange bleiben diese im Körper?

Tour: Sie werden über einen Tag oder so auf natürliche Weise vom Körper ausgeschieden. Normalerweise würden Sie [sie] also injizieren, 15 Minuten warten und dann das Licht anstrahlen.

IE: Dies ist Ihre erste Arbeit über die Verwendung dieser Maschinen zum Abtöten von Bakterien. Können wir in Zukunft weitere Forschungen in diese Richtung erwarten?

Tour: Wir haben andere Artikel über Bakterien herausgebracht, in denen wir andere Arten von Molekülen verwendet haben. Wir bewegen uns jetzt darauf hin, andere Arten von Motoren zu verwenden und diese auf andere Lichtwellenlängen zu bewegen, die es uns ermöglichen würden, tiefer zu gehenDurchdringung. Mit sichtbarem Licht können Sie ungefähr einen halben Zentimeter durch menschliches Fleisch dringen. Mit nahem Infrarotlicht können Sie 10 Zentimeter durchdringen. Je nachdem, aus welchem ​​​​Winkel Sie kommen, kann ein Kliniker mit 10 Zentimetern ungefähr alles treffen.

IE: Machen Sie sich Sorgen über eine böswillige Verwendung in der Zukunft?

Tour: Überhaupt nicht. Sie müssten das jemandem injizieren, ihn niederhalten und eine sehr intensive Lichtquelle direkt und darüber halten. Ich denke, ein Messer oder eine Pistole würden dafür besser funktionieren.

IE: Wir haben über das Töten von Zellen gesprochen, aber diese Technologie scheint flexibler zu sein. Haben Sie die Verwendung dieser Maschinen für andere Arten der Umgestaltung untersucht?

Tour: Ja, wir haben uns Therapien angesehen, bei denen wir mit einer kleinen Menge dieser Maschinen ein paar Löcher bohren können, die zu Zugängen für Medikamente werden, die normalerweise niemals in eine Zelle eindringen könnten.