Zelfassemblerende peptide-nanofibrillen ontwikkeld om intracellulaire bacteriële infecties te bestrijden

Onderzoekers hebben een nieuw type zelfassemblerende peptidenanofibrillen ontwikkeld met unieke eigenschappen die hen in staat stellen om intracellulaire pathogene bacteriën effectief te vernietigen. De resultaten van deze belangrijke studie zijn gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.

Wat is de essentie van de nieuwe aanpak?

Intracellulaire bacteriën vormen een ernstige medische uitdaging omdat ze zich verbergen voor het immuunsysteem en vaak resistent zijn tegen traditionele antibiotica. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, ontwikkelde een groep wetenschappers onder leiding van Dr. W. Yu peptidemoleculen die zichzelf kunnen assembleren tot stabiele nanofibrillen en een uitgesproken antimicrobiële activiteit bezitten.

De peptiden zijn zorgvuldig ontworpen met een specifieke balans van hydrofobe en hydrofiele aminozuren. Dankzij dit ontwerp kunnen ze spontaan vezelachtige structuren vormen, nanofibrillen genaamd. Deze structuren zijn stabiel in biologische omgevingen en bestand tegen enzymatische afbraak, wat hun therapeutische potentieel aanzienlijk vergroot.

Werkingsmechanisme van nanofibrillen

De onderzoekers toonden aan dat zelfassemblerende nanofibrillen:

1. Ze dringen effectief door in geïnfecteerde cellen en omzeilen cellulaire barrières dankzij een geoptimaliseerde combinatie van geladen en hydrofobe aminozuren.
2. Ze bereiken de intracellulaire ruimte waar bacteriële pathogenen, waaronder resistente stammen, zich bevinden.
3. Ze verstoren de integriteit van de bacteriële membranen, waardoor deze snel sterven.

Een belangrijk kenmerk van de nieuwe nanofibrillen is dat ze een uitgesproken activiteit vertonen in de geïnfecteerde cellen, terwijl conventionele antibiotica dergelijke bacteriën moeilijk kunnen bereiken en daardoor minder effectief zijn.

Onderzoeksdetails en resultaten

De experimenten werden uitgevoerd op celculturen die geïnfecteerd waren met intracellulaire bacteriële pathogenen (bijv. Listeria monocytogenes). De testen lieten het volgende zien:

• Hoge antimicrobiële werkzaamheid van nieuwe peptiden tegen intracellulaire pathogenen.
• Minimale toxiciteit voor gastcellen, wat aantoont dat ze veilig zijn voor potentieel gebruik.
• Weerstand tegen afbraak door lichaamsenzymen, waardoor nanofibrillen gebruikt kunnen worden in de vorm van therapeutische geneesmiddelen met een langdurige werking.

Verder onderzoek met behulp van elektronenmicroscopie bevestigde de vorming van nanofibrillen en biochemische analyses lieten zien dat deze structuren stabiel zijn en stabiele fysisch-chemische eigenschappen hebben.

Praktische betekenis van de ontdekking

De ontwikkelde nanofibrillen vormen een veelbelovend alternatief voor traditionele antibiotica, vooral in de strijd tegen moeilijk te behandelen infecties. Ze kunnen worden ingezet:

• Voor de behandeling van intracellulaire infecties, waaronder resistente bacteriestammen waartegen veel antibiotica niet effectief zijn.
• Als basis voor de toediening van andere geneesmiddelen aan cellen, vanwege hun vermogen om celmembranen te penetreren.
• Als onderdeel van een complexe therapie voor ernstige infectieziekten zoals tuberculose, brucellose, salmonellose en andere ziekten veroorzaakt door intracellulaire pathogenen.

Deze aanpak kan ook worden toegepast om nieuwe materialen en coatings te creëren met antimicrobiële eigenschappen ter voorkoming van ziekenhuisinfecties.

Toekomstplannen en vooruitzichten

In de toekomst zijn de onderzoekers van plan om de testen op diermodellen voort te zetten om de effectiviteit en veiligheid van de nanofibrillen in levende organismen te bevestigen. Daarnaast wordt er gewerkt aan het optimaliseren van de structuur van de peptiden voor een nog effectievere werking tegen verschillende stammen intracellulaire bacteriën.

De ontwikkeling van zelfassemblerende peptidenanofibrillen opent daarmee een compleet nieuwe richting in de ontwikkeling van antibiotica en biomedische materialen. De aanpak, gebaseerd op gecontroleerde zelfassemblage van peptiden, biedt een aanzienlijk potentieel voor de geneeskunde van de toekomst, vooral in het licht van de toenemende antibioticaresistentie en de nieuwe uitdagingen van infectieziekten.