Flüssiges Metall könnte ein „Terminator-Terror“ sein

Flinders-Universität

Bild: Dr. Vi-Khanh Truong vom Flinders University Biomedical Nanoengineering Laboratory hat mit führenden US-amerikanischen und australischen Forschern im Bereich Flüssigmetalle zusammengearbeitet.mehr sehen

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Eine neue Flüssigmetallkombination entwickelt sich zu einer potenziellen Geheimwaffe im weltweiten Kampf gegen antimikrobielle Resistenzen, die bereits einige Antibiotika-Medikamente gegen „Superbakterien“ machtlos machen.

Wissenschaftler aus den USA und Australien unter der Leitung der Flinders University haben eine einfache metallische Beschichtungsbehandlung für Bandagen, medizinische Geräte und sogar Arzneimittel-Nanopartikel entwickelt, die in der Lage ist, Bakterien zu widerstehen und sie abzutöten.

Die Forscher des Biomedical Nanoengineering Laboratory der Flinders University, der University of Sydney und der North Carolina State University sagen, dass der neue Ansatz das Testen nanoskaliger Flüssigmetallpartikel „GaLM“ beinhaltet, die eine verbesserte Biokompatibilität und eine geringe Zytotoxizität für Zellen aufweisen und als sichere und wirksame antimikrobielle Wirkstoffe eingesetzt werden könnten.

„Gallium in seinem flüssigen Zustand (oder ‚GaLM‘) ist einer der vielversprechendsten Kandidaten für die Verwendung als antimikrobielles Mittel und kann auf vielfältige Weise als flüssiges Metall verwendet werden“, sagt Dr. Vi Khanh Truong, Forscher an der Flinders University. Hauptautor eines neuen Artikels in der führenden Nanotechnologie-Zeitschrift der American Chemical Society, ACS Nano.

„Der flüssige Zustand von GaLM ermöglicht eine einfache Kombination oder Funktionalisierung mit anderen Komponenten, um verschiedene Formen wirksamerer antimikrobieller Metalle zu erzeugen.

„Außerdem scheint Gallium in Zubereitungen und Konzentrationen, die für seine antimikrobielle Aktivität relevant sind, mit menschlichen Zellen kompatibel zu sein und könnte daher eines Tages oral oder intravenös verabreicht werden.“

„Die antimikrobielle Leistung dieses Materials würde auch durch äußere Reize (Licht, Magnetfelder und Wärme sowie andere) aktiviert, was zu neuartigen Lösungen führen würde, die antimikrobielle monometallische Nanopartikel übertreffen können und möglicherweise zur nächsten Generation antimikrobieller und antimikrobieller entzündliche Mittel auf Metallbasis.“

Unter der Leitung internationaler Experten auf diesem Gebiet, darunter Professor Michael Dickey aus den USA, Professor Kourosh Kalantar-Zadeh, Preisträger des Australian Research Ccouncil Laureate, und Professor Krasimir Vasilev vom NHMRC Leadership Fellow an der Flinders University – allesamt Autoren des neuen Übersichtsartikels – wird die Forschung im Bereich der Metallbasis ausgeweitet antimikrobielle Strategien im Wettlauf um die Bekämpfung der zunehmenden Bedrohung durch antimikrobielle Resistenzen (AMR).

Da AMR dazu führt, dass verschiedene Arten von bakteriellen, pilzlichen und viralen Infektionen nicht mehr behandelbar sind, was zu Morbidität und Mortalität führen kann, sind Phagen-(Virus-)Therapie, Immuntherapie, CRISPR-Cas-Technologie und Antibiotika-Kombinationstherapie weitere Forschungsansätze, die weltweit im Gange sind.

Die derzeitigen Strategien zur Infektionskontrolle, die auf konventionellen synthetischen Antibiotika basieren, scheitern zunehmend und der „Werkzeugkasten“ für die Behandlung sei schnell erschöpft, heißt es in dem neuen ACS-Artikel.

„Erschwerend kommt hinzu, dass die Fähigkeit von Bakterien, sich so zu entwickeln, dass sie Antibiotika widerstehen, Pharmaunternehmen davon abhält, Zielantibiotika der nächsten Generation zu entwickeln.“

Dr. Truong vom Biomedical Nanoengineering Laboratory der Flinders University sagt, dass die ACS-Nano-Studie untersucht, wie die Kombination von Gallium mit anderen Elementen „den Bereich der GaLMs mit abstimmbaren Funktionen erweitert“.

„Im Gegensatz zu Festkörperpartikeln können GaLM-Partikel ihre Konfiguration als Reaktion auf äußere Reize dramatisch verändern. Interessanterweise können GaLMs im flüssigen Zustand ihre Form um und innerhalb von Zellen verändern.

„Darüber hinaus können GaLMs in ihrem flüssigen Zustand metallische Elemente auflösen und binden, die später bei Bedarf durch Reize freigesetzt werden können.“ Dies ist besonders nützlich, um die Effizienz der Arzneimittelfreisetzung zu verbessern.

„Im Vergleich zu festen Metallen scheinen GaLMs für Eukaryoten harmlos zu sein (was auf Biokompatibilität mit menschlichem Gewebe hinweist) und behalten gleichzeitig eine starke antimikrobielle Aktivität.“

„Es ist wichtig hervorzuheben, dass die antimikrobielle Aktivität von GaLMs in Massen- und Nanodimensionen nicht auf Prokaryoten wie Bakterien und Cyanobakterien beschränkt ist“, fügt er hinzu.

„Darüber hinaus bieten GaLMs entzündungshemmende Eigenschaften und wir haben auch die Rolle des Phasenverhaltens und der Grenzflächen in nanoskaligen GaLMs auf antibakterielle Eigenschaften untersucht.“

Der Übersichtsartikel Gallium Liquid Metal: Nanotoolbox for Antiicrobial Applications (2023) von Vi-Khanh Truong, Andrew Hayles, Richard Bright, Trong Quan Luu, Michael D Dickey, Kourosh Kalantar-Zadeh und Krasimir Vasilev wurde in ACS Nano DOI veröffentlicht: doi: 10.1021/acsnano.3c06486

Erstveröffentlichung: 28. Juli 2023 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c06486#

ACS Nano

10.1021/acsnano.3c06486

Literaturische Rezension

Zellen

Gallium-Flüssigmetall: Nanotoolbox für antibakterielle Anwendungen

28. Juli 2023

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