Biofilms bestrijden met fotothermische nanodeeltjes

Promotie R. Gao

Promovenda Ruifang Gao heeft met haar onderzoek aangetoond dat het mogelijk zou kunnen zijn om bacteriële infecties te bestrijden met fotothermische nanodeeltjes. Op dit moment wordt een dergelijke benadering alleen gebruikt voor de behandeling van kanker.

Vanwege de stijgende antibioticaresistentie van bacteriën en de voorspelling dat een bacteriële infectie in 2050 de belangrijkste doodsoorzaak zal zijn, richtte Gao haar in vitro-onderzoek op de toepassing van fotothermische nanodeeltjes bij de bestrijding van bacteriële infecties. Zij maakte polydopamine fotothermische nanodeeltjes (PDA-NPs) die geactiveerd worden met lasers, waarna ze opwarmen en de bacteriën in biofilm vernietigen. Nadat bleek dat naast het doden van de bacteriën ook de gezonde humane weefselcellen beschadigden, ontwikkelde Goa een omhulsel van polymere micellen. Deze konden in de biofilm binnendringen doordat ze reageren op de zuurgraad van de biofilm. Binnen in de biofilm degradeerden de enzymen van de bacteriën de micellen en kwamen de PDA-NPs vrij. De warmte die nu vrijkwam door bestraling van de fotothermische nanodeeltjes was lokaal in de biofilm en gaf bijna geen weefselschade meer.

Gao concludeert dat penetratie en accumulatie van fotothermische nanodeeltjes in bestaande infectieuze biofilms vergemakkelijkt kan worden door te pH-responsieve micellen en andere middelen. Deze ontdekking is veelbelovend voor klinische toepassingen. Daarbij is wel van belang dat er correct gedoseerd en nabij-infrarood (NIR) bestraald wordt met het juiste vermogen en de juiste duur. Dit om schade aan gezonde weefsels te voorkomen.

 Voor een klinische vertaling is echter nog wel onderzoek naar mogelijke thermoresistentie van menselijke pathogenen vereist. Ook moet  dierproefonderzoek uitwijzen of behalve orale biofilms ook minder toegankelijke infecties baat kunnen hebben bij fotothermische uitroeiing van bacteriën .

Op 22 december 2021 promoveerde Ruifang Gao aan de Rijksuniversiteit Groningen op haar proefschrift ‘Photothermal nanoparticles for the control of infectious biofilms’. Promotoren waren prof. dr. H.C. van der Mei, prof. dr. ir. H.J. Busscher en prof. dr. Y. Ren.