Illustration som visar hur nanopartiklar laddas med grafenflagor och antibiotika
Idén bakom det nya projektet är att nanopartiklar laddade med vassa grafenflagor ska kunna skära igenom den svårgenomträngliga bakteriella biofilm som till exempel MRSA kan bilda. På så sätt skulle icke-vattenlöslig antibiotika, som binds till grafenflagorna, kunna levereras direkt till infektionsområdet.​​​​​​​​​​​
​​​​​​​​​​​​​​​​
​​

Nytt nanovapen mot antibiotikaresistenta bakterier

Nanopartiklar som laddas med grafenflagor och antibiotika. Det antibakteriella nanovapnet är målet för ett nytt nordiskt forskningsprojekt som koordineras av professor Ivan Mijakovic vid Chalmers. Förhoppningen är att kunna leverera nästa generations behandling mot antibiotikaresistenta bakterier. 

Bakteriella infektioner som inte går att behandla på grund av antibiotikaresistens är ett ökande och akut globalt problem. Mer än 700 000 människor världen över dör varje år på grund av infektioner orsakade av antibiotikaresistenta bakterier. 

I ett värsta scenario presenterat i en FN-rapport 2018 kan vi − om inga åtgärder vidtas − nå ett läge kring år 2050 där dödstalen på grund av dessa infektioner stiger till 10 miljoner per år. Då det tar tid att utveckla nya antibiotika, och dagens antibiotika snabbt minskar i effektivitet, behövs innovationer inom området snarast. 

Behandling mot antibiotika​resistenta stafylokocker​

Ivan Mijakovic− Det är nu vi forskare har möjlighet att mobilisera oss och försöka ta oss an det som kommer att bli ett stort hot mot mänskligheten inom ett decennium eller två. Traditionellt tänker vi ofta att lösningen är att hitta nya antibiotika, men vi måste tänka bredare än så och försöka hitta metoder och behandlingar som inte bara baseras på antibiotika, säger Ivan Mijakovic, professor i systembiologi på institutionen för biologi och bioteknik på Chalmers, som är koordinator för det nya nordiska projektet.

Forskningsprojektet, som ska löpa över tre år, fick 15 miljoner kronor i anslag från Nordforsk i januari 2021. Fokus är behandling mot methicillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA), som bland annat kan orsaka kroniska hudinfektioner och sepsis (blodförgiftning). 

MRSA kan även infektera inre vävnader och organ, till exempel hjärtmuskulatur och lungor, och kan växa på olika sorters implantat som används inom sjukvården. MRSA-infektioner sprids lätt i sjukhusmiljö och innebär stort lidande hos de drabbade. 

​Tre etablerade tekniker kombineras på nytt sätt

Idén bakom projektet är att kombinera tre redan etablerade tekniker på ett helt nytt sätt för att skapa ett nytt slags system för leverans av läkemedel i kroppen. 

Nanopartiklar av metall, grafenflagor och antibiotika har alla var för sig har antibakteriella egenskaper. Kombinerade skulle de kunna tränga igenom den bakteriella biofilm som bildas vid infektion och leverera antibiotikan direkt till det område där den behöver vara verksam. 

Biofilm är det skyddande tjocka lager av bakterier och den klistriga substans de utsöndrar när de fäster vid en yta och börjar föröka sig. 

Grafenflagor kan skära sönder och döda bakterier​

AUgust YurgensChalmers är ett av de världsledande universiteten inom forskningsområdet grafen. Idén om att använda grafen vid medicinsk behandling är relativt ung, men har stor potential. August Yurgens är professor på institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap vid Chalmers. Hans forskargrupp utvecklar processen där nanopartiklarna täcks av vertikala grafenflagor. 

− Vassa kanter av grafenflagor som placeras vertikalt på en yta fungerar som små knivar och kan skära igenom membranet hos celler av en viss storklek, det har forskning från Ivan och andra forskare vid Chalmers redan visat. Små bakteriella celler dör när de kommer i kontakt med de vassa grafenflagorna, medan humana celler som är mycket större inte påverkas. På dessa grafenflagor ska läkemedelsmolekylerna bindas in för transport djupare in i den infekterade vävnaden. Antibiotikan kommer sedan att släppa från grafenspikarna successivt och agera på plats, säger August Yurgens och förklarar:

 Eftersom vissa kemiska ämnen som används som läkemedel är inte är lösliga i vatten, som vår kropp består till stor del av, måste vi hitta andra sätt att transportera dem in i kroppen. De grafentäckta nanopartiklarna skulle kunna vara en lösning på det problemet.

Hans forskargrupp har redan testat att växa grafen på kiselnanopartikar med gott resultat. 

− Men vi står inför vissa utmaningar eftersom nanopartiklarna är runda och bör täckas jämn med grafengflagor för bästa resultat. Vi har flera idéer om hur vi ska kunna lösa det, säger han.

Gröna nanopartiklar och nya läkemedel

Övriga nordiska partner är DTU i Danmark och forskningsinstitutet Sintef​ i Norge. Forskargruppen vid DTU ska leverera de så kallade gröna nanopartiklarna. De produceras från växt- eller bakterieextrakt för att göra produktionen så miljövänlig som möjligt. 

Forskarna på SINTEF utveklar nya läkemedel med antibakteriell effekt, som i detta projekt ska bindas till de grafenklädda nanopartiklarna. 

"En mekanism som kan fungera mot MRSA"​

Ivan Mijakovics grupp kommer att testa de nya nanovapnens avdödande effekt på bakteriell biofilm. Ivan Mijakovic betonar att även om deras försök blir framgångsrika finns en del hinder som måste överstigas innan behandling av patienter blir aktuellt.

Grafenbaserad nanoteknologi för medicinsk behandling är ännu inte tillåtet inom EU. Men det pågår kliniska försök för att ta fram säkra behandlingsmetoder inom området − eftersom det finns många projekt med stor potential. 

− Sådana här behandlingar tar ju vanligtvis decennier att utveckla och få godkända. Eftersom vi tror att vi har hittat en mekanism som kan fungera mot MRSA och andra farliga patogena bakterier är det viktigt att vi agerar nu, säger han. ​

Text: Susanne Nilsson Lindh


Läs mer: 

 Spikar av grafen kan döda bakterier på implantat

 Grafitnanoflagor förebygger infektion


Sidansvarig Publicerad: ti 02 feb 2021.