Vědci z Univerzity Palackého v Olomouci našli nový způsob, jak překonat rezistenci bakterií vůči nanočásticím stříbra, které se v medicíně využívají pro jejich antimikrobiální účinky. Výzkumníci tentokrát vsadili na jeden z derivátů grafenu, kyanografen, na nějž nanočástice stříbra navázali pevnou vazbou. Vytvořili tím mechanickou bariéru, kterou bakterie nedokážou překonat, a proto se účinkům nanostříbra neubrání. Toto řešení má velký potenciál v boji se škodlivými patogeny, zejména v lokální dezinfekci a antibakteriální terapii. Práci publikoval časopis Advanced Science, který ji vybral i na titulní stránku.
Nanočástice stříbra se v posledních letech stále více uplatňují v moderní medicíně, kde podporují nebo částečně nahrazují antibiotickou léčbu, zejména z důvodu dramaticky rostoucí rezistence bakterií vůči antibiotikům. Olomoučtí vědci před třemi lety přišli s přelomovým objevem, že bakterie si umí i vůči nanostříbru vytvořit odolnost. Zjistili, že nanočástice stříbra ztrácejí svůj antibakteriální efekt, pokud se shlukují do větších celků – agregátů. Toto slabé místo nanostříbra využívají bakterie prostřednictvím produkce proteinu flagelinu, jenž podporuje shlukování nanočástic a vznik bakteriální rezistence. K řešení právě tohoto problému vědci z UP použili chemicky upravený grafen.
Pevná vazba tvoří nepropustnou bariéru
„Podařilo se nám vytvořit tak silnou vazbu mezi chemickými skupinami na povrchu grafenu a nanočásticemi stříbra, že ji ani obranný mechanismus bakterií nepřekoná. V tom je náš postup unikátní. Nemuseli jsme využít žádné další chemické látky, ale šli jsme cestou mechanické bariéry,“ uvedl první autor práce David Panáček z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN).
Díky výpočtům a simulacím teoretických chemiků vědci zjistili a zároveň popsali, jak materiál danou bakterii zničí tím, že silně poškodí její membránu. „Dokázali jsme rovněž, že náš materiál lze využít pro široké spektrum bakterií, které jsou rezistentní vůči běžně používaným antibiotikům,“ doplnil David Panáček.
Nová cesta je univerzálnější
V minulosti výzkumníci z UP potlačili obrannou schopnost bakterií využitím přírodních látek. Práci publikovali v prestižním časopise Nature Nanotechnology v roce 2018. Tehdy k nanočásticím stříbra přidali extrakt z kůry granátového jablka, který blokuje produkci flagelinu. Tím se podařilo zabránit shlukování nanočástic stříbra a překonat tak bakteriální rezistenci k nanočásticím.
„Výhoda nynějšího řešení spočívá v tom, že vazba nanostříbra ukotveného na kyanografen je natolik silná, že flagelin produkovaný bakteriemi nedokáže nanočástice stříbra shlukovat a ty si zachovávají vysokou antibakteriální aktivitu. Tento univerzální způsob bude efektivní i v případě, kdy si bakterie vyvinou schopnost shlukovat nanostříbro pomocí jakéhokoliv jiného mechanismu či jiné chemické látky, než je flagelin,“ uvedl Aleš Panáček z katedry fyzikální chemie Přírodovědecké fakulty UP.
Příspěvek k řešení antibiotické krize
Antibakteriální přípravky, tak jak je známe v současné medicíně, se používají téměř 80 let. Přesto bakteriální infekce představují stále velký problém, jehož význam neustále stoupá. Současná medicína je dokonce konfrontována s reálnou hrozbou ztráty účinku antibiotik na bakterie a s tím související schopnosti léčit bakteriální infekce.
„Z uvedeného mimo jiné vyplývá nutnost vývoje nových a zcela originálních antibakteriálních přípravků. Věřím, že náš tým tímto výzkumem otevírá dveře k řešení problematiky odolnosti bakterií k antibiotikům a udržení schopnosti nadále léčit bakteriální infekce. Neméně důležitá je i schopnost vyvinutého materiálu zabránit vzniku infekcí souvisejících s umělými materiály v lidském těle, což je důležité například v případě umělých srdečních chlopní nebo kloubních náhrad. Samozřejmě je nutný další výzkum, který by umožnil praktické aplikace v klinické medicíně,“ uvedl Milan Kolář z Ústavu mikrobiologie Lékařské fakulty a Fakultní nemocnice Olomouc.
Nanočástice stříbra se používají v medicíně například pro dezinfekci lékařských nástrojů, jejich antimikrobiální účinky se využívají při krytí ran či popálenin. Vědci také zvažují možnost přidat je ve velmi malém množství k antibiotikům, posílit tak jejich účinky a zmírnit problém rezistence bakterií vůči těmto lékům.
„Ukotvené nanočástice vykazují vyšší účinnost než běžně používané nanostříbro a jsou přitom netoxické vůči lidským buňkám. Pevné ukotvení nanostříbra chemickou vazbou navíc zabraňuje jeho případnému uvolnění do organismu. Potenciál vyvinutého materiálu vidíme zejména v lokální antibakteriální terapii jako součást krycích materiálů či hojicích krémů a mastí,“ uzavřel Radek Zbořil z CATRIN.