Nanorobotic-systeem biedt nieuwe opties voor het aanpakken van schimmelinfecties

Nanorobotic-systeem biedt nieuwe opties voor het aanpakken van schimmelinfecties

Tijdstempel: 26 mei 2023 2:01 uur
Bronknooppunt: 2680882
26 mei 2023 (Nanowerk Nieuws) Infecties veroorzaakt door schimmels, zoals Candida albicans, vormen een aanzienlijk mondiaal gezondheidsrisico vanwege hun resistentie tegen bestaande behandelingen, zozeer zelfs dat de Wereldgezondheidsorganisatie dit als een prioritair probleem heeft benadrukt. Hoewel nanomaterialen veelbelovend zijn als antischimmelmiddelen, missen de huidige iteraties de potentie en specificiteit die nodig zijn voor een snelle en gerichte behandeling, wat leidt tot langere behandeltijden en potentiële off-target effecten en resistentie tegen geneesmiddelen. Nu, in een baanbrekende ontwikkeling met verstrekkende gevolgen voor de mondiale gezondheid, heeft een team van onderzoekers onder leiding van Hyun (Michel) Koo van de University of Pennsylvania School of Dental Medicine en Edward Steager van Penn’s School of Engineering and Applied Science een microrobotsysteem dat in staat is tot snelle, gerichte eliminatie van schimmelpathogenen. fluorescentiebeeld van schimmelaggregaten Candida albicans is a species of yeast that is a normal part of the human microbiota but can also cause severe infections that pose a significant global health risk due to their resistance to existing treatments, so much so that the World Health Organization has highlighted this as a priority issue. The picture above shows a before (left) and after (right) fluorescence image of fungal aggregates being effectively removed by nanozyme microrobots without bonding to or disturbing the tissue sample. (Image: Min Jun Oh and Seokyoung Yoon) “Candidae vormt hardnekkige biofilminfecties die bijzonder moeilijk te behandelen zijn”, zegt Koo. “De huidige antischimmeltherapieën missen de potentie en specificiteit die nodig is om deze ziekteverwekkers snel en effectief te elimineren. Daarom put deze samenwerking uit onze klinische kennis en combineert Ed’s team met hun robotexpertise om een ​​nieuwe aanpak te bieden.” Het team van onderzoekers maakt deel uit van Penn Dental's Center for Innovation & Precision Dentistry, een initiatief dat gebruik maakt van technische en computationele benaderingen om nieuwe kennis te ontdekken voor ziektevermindering en om innovatie in de orale en craniofaciale gezondheidszorg te bevorderen. Voor dit artikel, gepubliceerd in Geavanceerde materialen ("Nanozyme-based robotics approach for targeting fungal infection"), profiteerden de onderzoekers van recente ontwikkelingen op het gebied van katalytische nanodeeltjes, bekend als nanozymen, en bouwden ze miniatuurrobotsystemen die schimmelcellen nauwkeurig konden targeten en snel vernietigen. Ze bereikten dit door elektromagnetische velden te gebruiken om de vorm en bewegingen van deze nanozyme-microrobots met grote precisie te controleren. “De methoden die we gebruiken om de nanodeeltjes in dit onderzoek te controleren zijn magnetisch, waardoor we ze naar de exacte infectielocatie kunnen sturen”, zegt Steager. “We gebruiken nanodeeltjes van ijzeroxide, die nog een andere belangrijke eigenschap hebben, namelijk dat ze katalytisch zijn.” Elektromagnetische kernen begeleiden de reeks nanozyme-bots nauwkeurig terwijl ze zich richten op de plaats van schimmelinfectie Elektromagnetische kernen begeleiden de reeks nanozyme-bots nauwkeurig terwijl ze zich richten op de plaats van schimmelinfectie. (Afbeelding: Min Jun Oh en Seokyoung Yoon) Het team van Steager ontwikkelde de beweging, snelheid en formaties van nanozymen, wat resulteerde in verbeterde katalytische activiteit, vergelijkbaar met het enzym peroxidase, dat helpt waterstofperoxide af te breken in water en zuurstof. Dit maakt direct de vorming mogelijk van grote hoeveelheden reactieve zuurstofsoorten (ROS), verbindingen die bewezen biofilmvernietigende eigenschappen hebben, op de plaats van infectie. Het werkelijk baanbrekende element van deze nanozyme-assemblages was echter een onverwachte ontdekking: hun sterke bindingsaffiniteit met schimmelcellen. Deze eigenschap maakt een gelokaliseerde accumulatie van nanozymen mogelijk, precies daar waar de schimmels zich bevinden, en bijgevolg gerichte ROS-generatie. "Onze nanozyme-assemblages vertonen een ongelooflijke aantrekkingskracht op schimmelcellen, vooral in vergelijking met menselijke cellen", zegt Steager. “Deze specifieke bindingsinteractie maakt de weg vrij voor een krachtig en geconcentreerd antischimmeleffect zonder andere niet-geïnfecteerde gebieden aan te tasten.” In combinatie met de inherente manoeuvreerbaarheid van het nanozym resulteert dit in een krachtig antischimmeleffect, wat de snelle uitroeiing van schimmelcellen binnen een ongekend tijdsbestek van 10 minuten aantoont. Vooruitkijkend ziet het team het potentieel van deze unieke op nanozymen gebaseerde robotica-aanpak, omdat ze nieuwe methoden bevatten om de controle en levering van nanozymen te automatiseren. De belofte die het inhoudt voor antischimmeltherapie is nog maar het begin. De nauwkeurige doelgerichtheid en snelle actie wijzen op mogelijkheden voor de behandeling van andere soorten hardnekkige infecties. “We hebben een krachtig hulpmiddel ontdekt in de strijd tegen pathogene schimmelinfecties”, zegt Koo. “Wat we hier hebben bereikt is een grote sprong voorwaarts, maar het is ook nog maar de eerste stap. De magnetische en katalytische eigenschappen, gecombineerd met de onverwachte bindingsspecificiteit aan schimmels, openen opwindende mogelijkheden voor een geautomatiseerd 'target-bind-and-kill' antischimmelmechanisme. We willen graag dieper graven en het volledige potentieel ervan ontsluiten.” Deze robotica-aanpak opent een nieuwe grens in de strijd tegen schimmelinfecties en markeert een cruciaal punt in de antischimmeltherapie. Met een nieuw hulpmiddel in hun arsenaal zijn medische en tandheelkundige professionals dichter dan ooit bij het effectief bestrijden van deze moeilijke ziekteverwekkers.

Tijdstempel:

Meer van Nanowerk