Effective eradication of multidrug-resistant Acinetobacter baumannii biofilm using hesperetin-silver nanoformulation

अस्पतालों में, अक्सर उन बैक्टीरिया के खिलाफ एक मौन युद्ध लड़ा जाता है जिन्होंने उन हथियारों को अनदेखा करना सीख लिया है जिनका उपयोग डॉक्टर उन्हें मारने के लिए करते हैं। इन जिद्दी हमलावरों में एसीनेटोबैक्टर बाउमानी (Acinetobacter baumannii) नामक एक कीटाणु शामिल है। यह एक कठोर, सूक्ष्म जीव है जो चिकित्सा परिवेश में पनपता है, और कमजोर प्रतिरक्षा प्रणाली वाले रोगियों में गंभीर संक्रमण का कारण बनता है। इस कीटाणु को विशेष रूप से खतरनाक बनाने वाली बात अपने चारों ओर एक सुरक्षात्मक ढाल बनाने की इसकी क्षमता है, जिसे बायोफिल्म (biofilm) के रूप में जाना जाता है। बायोफिल्म को एक चिपचिपे, किलेबंद शहर के रूप में समझें जिसे बैक्टीरिया एंटीबायोटिक्स और शरीर की प्रतिरक्षा रक्षाओं से छिपने के लिए बनाते हैं। एक बार जब यह ढाल बन जाती है, तो मानक दवाएं अक्सर विफल हो जाती हैं, जिससे डॉक्टरों के पास बहुत कम विकल्प बचते हैं। विश्व स्वास्थ्य संगठन ने इस विशिष्ट कीटाणु को नए उपचारों के लिए एक शीर्ष प्राथमिकता के रूप में चिह्नित किया है क्योंकि इसकी दवाओं के प्रति प्रतिरोधक क्षमता तेजी से फैल रही है, जो सामान्य संक्रमणों को फिर से घातक बनाने की धमकी दे रही है।

भारत में शोधकर्ताओं ने प्रकृति और नैनोटेक्नोलॉजी के संयोजन का उपयोग करके इस ढाल को तोड़ने का एक नया तरीका खोजने के लिए प्रयास किया। उन्होंने अस्पताल के उन रोगियों से नमूने एकत्र करके शुरुआत की जिन्हें त्वचा, फेफड़ों या मूत्र मार्ग में संक्रमण था। इन नमनों से, टीम ने दवा-प्रतिरोधी एसीनेटोबैक्टर बाउमानी के तीन अलग-अलग स्ट्रेन को अलग किया। यह देखने के लिए कि क्या वे कीटाणु को कमजोर कर सकते हैं, टीम ने सबसे पहले कई प्राकृतिक पादप यौगिकों का परीक्षण किया, जिन्हें फाइटोकेमिकल्स (phytochemicals) कहा जाता है, जो फलों और जड़ी-बूटियों में पाए जाते हैं। उन्होंने करक्यूमिन (curcumin), जो हल्दी में पाया जाता है, और क्वेरसेटिन (quercetin), जो प्याज और सेब में पाया जाता है, जैसे पदार्थों का परीक्षण किया ताकि यह देखा जा सके कि कौन सा पदार्थ बैक्टीरिया को बढ़ने से रोक सकता है। परीक्षण किए गए पांच उम्मीदवारों में से, हेस्परेटिन (hesperetin) नामक एक यौगिक, जो संतरे और चकोतरा जैसे खट्टे फलों में पाया जाता है, ने सबसे अधिक संभावना दिखाई। इसने निषेध का सबसे बड़ा क्षेत्र (zone of inhibition) बनाया, जिसका अर्थ है कि यह टेस्ट प्लेट पर बैक्टीरिया को फैलने से रोकने में सबसे प्रभावी था।

हालाँकि, हेस्परेटिन अकेले में एक सीमा रखता है: यह पानी में अच्छी तरह से नहीं घुलता है, जिससे इसे शरीर द्वारा प्रभावी ढंग से अवशोषित और उपयोग करना कठिन हो जाता है। इस समस्या को हल करने के लिए, वैज्ञानिकों ने एक सूक्ष्म वितरण प्रणाली बनाई। उन्होंने सिल्वर आयनों के साथ हेस्परेटिन को मिलाकर सिल्वर नैनोपार्टिकल्स (silver nanoparticles) बनाए। इस प्रक्रिया में, हेस्परेटिन एक कोटिंग के रूप में कार्य करता है जो सिल्वर के चारों ओर लिपट जाता है, जिससे वायरस के आकार के लगभग छोटे गोले बनते हैं। शोधकर्ताओं ने शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी और लाइट स्कैनर्स का उपयोग करके इन कणों के आकार और आकृति की पुष्टि की, जिससे यह सत्यापित हुआ कि उन्होंने सफलतापूर्वक एक स्थिर, एकसमान मिश्रण बना लिया है। इस नए फॉर्मूलेशन को, जिसका नाम उन्होंने 'हेस-एजीएनपी' (Hes-AgNPs) रखा, सिल्वर की बैक्टीरिया को मारने की ज्ञात क्षमता के साथ साइट्रस कंपाउंड की प्राकृतिक शक्ति को जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया था।

जब उन्होंने इस नए नैनो-फॉर्मूलेशन का परीक्षण इस जिद्दी बैक्टीरिया के विरुद्ध किया, तो परिणाम चौंकाने वाले थे। टीम ने उस पदार्थ की मात्रा को मापा जिसकी आवश्यकता बैक्टीरिया को बढ़ने से रोकने के लिए होती है, जिसे न्यूनतम निरोधात्मक सांद्रता (minimum inhibitory concentration) के रूप में जाना जाता है। उन्होंने पाया कि हेस्परेटिन-सिल्वर नैनोपार्टिकल्स अकेले हेस्परेटिन की तुलना में कहीं अधिक शक्तिशाली थे। जबकि प्राकृतिक यौगिक को काम करने के लिए उच्च खुराक की आवश्यकता थी, नैनोपार्टिकल्स ने बहुत कम सामग्री के साथ वही परिणाम प्राप्त किया। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि शोधकर्ताओं ने इस फॉर्मूलेशन का परीक्षण बायोफिल्म के विरुद्ध किया, जो वे मजबूत सुरक्षात्मक ढाल हैं जो बैक्टीरिया पहले ही बना चुके थे। उन्होंने पाया कि नैनोपार्टिकल्स की एक विशिष्ट सांद्रता इन पूर्व-निर्मित बायोफिल्म्स को पूरी तरह से खत्म करने में सक्षम थी, जिससे ढाल के भीतर मौजूद बैक्टीरिया मर गए। इसके विपरीत, हेस्परेटिन को समान प्रभाव प्राप्त करने के लिए बहुत अधिक खुराक की आवश्यकता थी।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह नया उपचार मनुष्यों के लिए सुरक्षित होगा, टीम ने जांचा कि यह लाल रक्त कोशिकाओं के साथ कैसे प्रतिक्रिया करता है। उन्होंने मानव रक्त कोशिकाओं को हेस्परेटिन और नैनोपार्टिकल्स की विभिन्न मात्राओं के संपर्क में रखा ताकि यह देखा जा सके कि क्या इससे कोशिकाएं फटती हैं या लीक होती हैं, जो विषाक्तता का संकेत है। उन्होंने पाया कि हेस्परेटिन-सिल्वर नैनोपार्टिकल्स रक्त कोशिकाओं के लिए उल्लेखनीय रूप से सौम्य थे, जिससे उच्च खुराक पर भी बहुत कम नुकसान हुआ। यह एक महत्वपूर्ण निष्कर्ष था क्योंकि सिल्वर नैनोपार्टिकल्स के अन्य प्रकार, जिन्हें प्राकृतिक कोटिंग के बिना बनाया गया था, रक्त कोशिकाओं को महत्वपूर्ण नुकसान पहुंचाते थे। प्राकृतिक हेस्परेटिन कोटिंग रक्त की रक्षा करती प्रतीत हुई, जबकि सिल्वर को बैक्टीरिया पर हमला करने की अनुमति भी दी। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि यह विशिष्ट संयोजन दवा-प्रतिरोधी बैक्टीरिया के बायोफिल्म को नष्ट करने का एक शक्तिशाली और सुरक्षित तरीका प्रदान करता है, जो यह सुझाव देता है कि यह उन संक्रमणों से लड़ने के लिए एक मूल्यवान उपकरण हो सकता है जिन्हें वर्तमान दवाएं ठीक नहीं कर सकतीं।