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

In ziekenhuizen wordt vaak een stille oorlog gevoerd tegen bacteriën die hebben geleerd de wapens te negeren die artsen gebruiken om hen te doden. Onder deze hardnekkige indringers bevindt zich een kiem genaamd Acinetobacter baumannii. Het is een taai, microscopisch organisme dat gedijt in medische omgevingen en ernstige infecties veroorzaakt bij patiënten met een verzwakt immuunsysteem. Wat deze kiem bijzonder gevaarlijk maakt, is zijn vermogen om een beschermend schild om zichzelf heen te bouwen, bekend als een biofilmen. Denk aan een biofilm als een slijmerige, versterkte stad die de bacteriën construeren om zich te verbergen voor antibiotica en de afweer van het lichaam. Zodra dit schild is gebouwd, falen standaardmedicijnen vaak, waardoor artsen met zeer weinig opties achterblijven. De Wereldgezondheidsorganisatie heeft deze specifieke kiem aangemerkt als een topprioriteit voor nieuwe behandelingen, omdat de resistentie tegen medicijnen snel zich verspreidt en de dreiging vormt dat veelvoorkomende infecties weer dodelijk worden.

Onderzoekers in India gingen op zoek naar een nieuwe manier om door dit schild heen te breken met een combinatie van natuur en nanotechnologie. Ze begonnen met het verzamelen van monsters van patiënten in een ziekenhuis die infecties hadden in hun huid, longen of urinewegen. Uit deze monsters isoleerden ze drie verschillende stammen van de medicijnresistente Acinetobacter baumannii. Om te zien of ze de kiem konden verzwakken, testte het team eerst verschillende natuurlijke plantverbindingen, ook wel fytonutriënten genoemd, die voorkomen in vruchten en kruiden. Ze testten stoffen zoals curcumine, dat in kurkuma zit, en quercetine, dat in uien en appels voorkomt, om te zien welke de groei van de bacteriën kon stoppen. Onder de vijf kandidaten die ze testten, toonde een verbinding genaamd hesperetine, die voorkomt in citrusvruchten zoals sinaasappels en grapefruits, de meeste belofte. Het creëerde de grootste zone van inhibitie, wat betekent dat het het meest effectief was in het stoppen van de verspreiding van de bacteriën op een testplaatje.

Hesperetine heeft echter op zichzelf een beperking: het lost niet goed op in water, wat het moeilijk maakt voor het lichaam om het effectief op te nemen en te gebruiken. Om dit op te lossen, creëerden de wetenschappers een minuscuul leveringssysteem. Ze mengden de hesperetine met zilverionen om zogenaamde zilvernanodeeltjes te maken. In dit proces fungeert de hesperetine als een coating die om het zilver heen wikkelt, waardoor kleine bolletjes ontstaan die ongeveer de grootte van een virus hebben. De onderzoekers bevestigden de grootte en vorm van deze deeltjes met krachtige microscopen en lichtscanners, waarmee werd geverifieerd dat ze een stabiel, uniform mengsel hadden gecreëerd. Deze nieuwe formulering, die ze Hes-AgNPs noemden, was ontworied om de natuurlijke kracht van de citrusverbinding te combineren met het bekende vermogen van zilver om bacteriën te doden.

Toen ze deze nieuwe nano-formulering testten tegen de hardnekkige bacteriën, waren de resultaten opmerkelijk. Het team mat de hoeveelheid van de stof die nodig was om de groei van de bacteriën te stoppen, een waarde die bekend staat als de minimale inhiberende concentratie. Ze ontdekten dat de hesperetine-zilvernanodeeltjes veel krachtiger waren dan de hesperetine alleen. Terwijl de natuurlijke verbinding een hogere dosis vereiste om te werken, bereikten de nanodeeltjes hetzelfde resultaat met aanzienlijk minder materiaal. Belangrijker nog, de onderzoekers testten de formulering tegen de biofilmen, de taaie beschermende schilden die de bacteriën al hadden gebouwd. Ze ontdekten dat een specifieke concentratie van de nanodeeltjes in staat was om deze reeds gevormde biofilmen volledig weg te vagen, waarbij de bacteriën binnen het schild werden gedood. In contrast hiermee had de hesperetine alleen een veel hogere dosis nodig om een vergelijkbaar effect te bereiken.

Om te waarborgen dat deze nieuwe behandeling veilig zou zijn voor mensen, controleerde het team hoe deze reageerde op rode bloedcellen. Ze stelden menselijke bloedcellen bloot aan verschillende hoeveelheden van de hesperetine en de nanodeeltjes om te zien of dit ervoor zorgde dat ze knapten of lekten, een teken van toxiciteit. Ze ontdekten dat de hesperetine-zilvernanodeeltjes opmerkelijk zacht waren voor de bloedcellen en zelfs bij hoge doses nauwelijks schade veroorzaakden. Dit was een cruciale bevinding, omdat andere soorten zilvernanodeeltjes, gemaakt zonder de natuurlijke coating, aanzienlijke schade aan de bloedcellen toebrachten. De natuurlijke hesperetine-coating leek het bloed te beschermen terwijl het zilver nog steeds de bacteriën kon aanvallen. De studie concludeert dat deze specifieke combinatie een krachtige en veilige manier biedt om de biofilmen van medicijnresistente bacteriën te vernietigen, wat suggereert dat het een waardevol instrument kan zijn in de strijd tegen infecties die huidige medicijnen niet kunnen genezen.