Nanorobotic system præsenterer nye muligheder for at målrette svampeinfektioner

Nanorobotic system præsenterer nye muligheder for at målrette svampeinfektioner

Tidsstempel: 26. maj 2023 kl. 2
Kildeknude: 2680882
26. maj 2023 (Nanowerk nyheder) Infektioner forårsaget af svampe, som f.eks Candida albicans, udgør en betydelig global sundhedsrisiko på grund af deres modstand mod eksisterende behandlinger, så meget at Verdenssundhedsorganisationen har fremhævet dette som et prioriteret emne. Selvom nanomaterialer viser lovende som svampedræbende midler, mangler nuværende iterationer den styrke og specificitet, der er nødvendig for hurtig og målrettet behandling, hvilket fører til forlængede behandlingstider og potentielle off-target-effekter og lægemiddelresistens. Nu, i en banebrydende udvikling med vidtrækkende implikationer for global sundhed, har et team af forskere sammen ledet af Hyun (Michel) Koo fra University of Pennsylvania School of Dental Medicine og Edward Steager fra Penns School of Engineering and Applied Science skabt en mikrorobotsystem, der er i stand til hurtig, målrettet eliminering af svampepatogener. fluorescensbillede af svampeaggregater Candida albicans er en gærart, der er en normal del af den menneskelige mikrobiota, men som også kan forårsage alvorlige infektioner, der udgør en betydelig global sundhedsrisiko på grund af deres modstand mod eksisterende behandlinger, så meget, at Verdenssundhedsorganisationen har fremhævet dette som en prioriteret spørgsmål. Billedet ovenfor viser et før (venstre) og efter (højre) fluorescensbillede af svampeaggregater, der effektivt fjernes af nanozymmikrorobotter uden at binde til eller forstyrre vævsprøven. (Billede: Min Jun Oh og Seokyoung Yoon) “Candidae danner ihærdige biofilminfektioner, som er særligt svære at behandle,” siger Koo. "Nuværende antifungale behandlinger mangler den styrke og specificitet, der kræves for hurtigt og effektivt at eliminere disse patogener, så dette samarbejde trækker fra vores kliniske viden og kombinerer Eds team og deres robotekspertise for at tilbyde en ny tilgang." Holdet af forskere er en del af Penn Dental's Center for Innovation & Precision Dentistry, et initiativ, der udnytter ingeniørmæssige og beregningsmæssige tilgange til at afdække ny viden til sygdomsreduktion og fremme oral og kraniofacial sundhedspleje. Til dette papir, udgivet i Advanced Materials ("Nanozyme-baseret robotteknologi til målretning mod svampeinfektion"), udnyttede forskerne de seneste fremskridt inden for katalytiske nanopartikler, kendt som nanozymer, og de byggede miniature robotsystemer, der præcist kunne målrette og hurtigt ødelægge svampeceller. De opnåede dette ved at bruge elektromagnetiske felter til at styre formen og bevægelserne af disse nanozymmikrorobotter med stor præcision. "De metoder, vi bruger til at kontrollere nanopartiklerne i denne undersøgelse, er magnetiske, hvilket giver os mulighed for at dirigere dem til det nøjagtige infektionssted," siger Steager. "Vi bruger jernoxidnanopartikler, som har en anden vigtig egenskab, nemlig at de er katalytiske." Elektromagnetiske kerner styrer præcist rækken af ​​nanozyme-bots, når de målretter mod stedet for svampeinfektion Elektromagnetiske kerner styrer præcist rækken af ​​nanozyme-bots, når de målretter mod stedet for svampeinfektion. (Billede: Min Jun Oh og Seokyoung Yoon) Steagers team udviklede bevægelse, hastighed og formationer af nanozymer, hvilket resulterede i øget katalytisk aktivitet, ligesom enzymet peroxidase, der hjælper med at nedbryde hydrogenperoxid til vand og ilt. Dette tillader direkte generering af høje mængder af reaktive oxygenarter (ROS), forbindelser, der har dokumenterede biofilmødelæggende egenskaber, på infektionsstedet. Imidlertid var det virkelig banebrydende element i disse nanozymsamlinger en uventet opdagelse: deres stærke bindingsaffinitet til svampeceller. Denne funktion muliggør en lokal akkumulering af nanozymer, præcis hvor svampene opholder sig, og som følge heraf målrettet ROS-generering. "Vores nanozym-samlinger viser en utrolig tiltrækning til svampeceller, især sammenlignet med menneskelige celler," siger Steager. "Denne specifikke bindingsinteraktion baner vejen for en potent og koncentreret svampedræbende effekt uden at påvirke andre uinficerede områder." Sammen med nanozymets iboende manøvredygtighed resulterer dette i en potent svampedræbende effekt, som demonstrerer den hurtige udryddelse af svampeceller inden for et hidtil uset 10-minutters vindue. Holdet ser fremad, og ser potentialet i denne unikke nanozym-baserede robottilgang, da de inkorporerer nye metoder til at automatisere kontrol og levering af nanozymer. Løftet det holder for svampedræbende terapi er kun begyndelsen. Dens præcise målretning, hurtige handling antyder potentiale for behandling af andre typer genstridige infektioner. "Vi har afsløret et stærkt værktøj i kampen mod patogene svampeinfektioner," siger Koo. ”Det, vi har opnået her, er et markant spring fremad, men det er også kun det første skridt. De magnetiske og katalytiske egenskaber kombineret med uventet bindingsspecificitet til svampe åbner spændende muligheder for en automatiseret 'target-bind-and-kill' antifungal mekanisme. Vi er ivrige efter at dykke dybere og frigøre dets fulde potentiale." Denne robottilgang åbner op for en ny grænse i kampen mod svampeinfektioner og markerer et centralt punkt i antifungal terapi. Med et nyt værktøj i deres arsenal er læger og tandlæger tættere end nogensinde på at effektivt bekæmpe disse vanskelige patogener.

Tidsstempel:

Mere fra Nanoværk