Son günlerde sık sık gündeme gelen antibiyotik direnci için yeni bir yöntem bulan Brown Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Moleküler Farmakoloji, Fizyoloji ve Biyoteknoloji bölümünden Dr. Gözde Durmuş, “Biz bu çalışmamızda ucuz ve geniş spektrumlu bir yöntem geliştirerek antibiyotik dirençli biyofilmleri özellikle de MRSA biyofilmlerini yok etmeyi başardık” dedi.
Antibiyotik direnci tıpta çok büyük bir problem haline geldi. Türkiye'de ve dünyada birçok hasta, hastanelerde kaptıkları antibiyotiklere dirençli bakteriler yüzünden ölüyor. Bu tür enfeksiyonların asıl sebebinin bakterilerin biyofilm oluşturması olduğunu belirten Brown Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Moleküler Farmakoloji, Fizyoloji ve Biyoteknoloji bölümünden Dr. Gözde Durmuş, yaptıkları araştırma sayesinde bakterilerin, 3 boyutlu biyofilmler oluşturup, metabolizmalarını yavaşlatarak dışarıdan besin alınımını durdurduğunu belirtti. Aynı zamanda, antibiyotiklerin de alınımının durduğunu kaydeden Durmuş, “Böylelikle, antibiyotiklere ve hastanın bağışıklık sistemine karşı direnç kazanıyorlar. Geçtiğimiz senelerde, bazı nanomateryallerin antibakteriyel özellikleri gösterildi. Ancak, nanoteknoloji alanında asıl medikal problem olan biyofilmler üzerine çalışmalar çok az. Biz bu çalışmamızda ucuz ve geniş spektrumlu bir yöntem geliştirerek antibiyotik dirençli biyofilmleri özellikle de MRSA biyofilmlerini yok etmeyi başardık” dedi.
Dr. Durmuş, bu doktora çalışmasıyla ayrıca 2012 yılında Amerika’da ülke çapında yapılan ve mühendislik öğrencilerinin katıldığı “CIMIT Student Prize for Healtcare” adlı yarışmada finalist olmuş, yarışmaya katılan 78 projeden ilk 10 proje arasına girerek, 10 bin dolar araştırma fonu kazanmıştı.(*)
Dr. Durmuş, bu doktora çalışmasıyla ayrıca 2012 yılında Amerika’da ülke çapında yapılan ve mühendislik öğrencilerinin katıldığı “CIMIT Student Prize for Healtcare” adlı yarışmada finalist olmuş, yarışmaya katılan 78 projeden ilk 10 proje arasına girerek, 10 bin dolar araştırma fonu kazanmıştı.(*)
Vancomycin’den 2 Kat Etkili Yöntem
MRSA enfeksiyonlarının tedavisinde şu anda klinikte kullanılan en yaygın antibiyotiğin Vancomycin olduğunu dile getiren Durmuş, bu antibiyotiğe de dirençli bakteri türleri de oluşmaya başladığına dikkat çekti. Durmuş, yaptıkları çalışmayla ilk kez, süperparamanyetik demiroksit nanoparcacıkların (Resim 1) Vancomycin - dirençli MRSA’yı öldürdüğünü ve bu parçacıkların Vancomycin’den 2 kat etkili olduğunu gösterdiklerini belirtti. Durmuş, ayrıca, sentezlenen nanoparçacıkların vücutta birçok enfeksiyona sebep olan gram-negatif E. Coli ve P. aeruginosa biyofilmlerini yok etmeyi başardığını kaydetti.
Resim 1. Süperparamanyetik demiroksit nanoparçacıkları. Elektron mikroskopu analizine göre, demiroksit parçacıkların ortalama büyüklüklüğüne 9.92 ± 3.14 nm’dir. (scale bar = 100 nm)
“Bakterilere Şeker Verip Kandırdık”
Literatürde nanoparçacıkların 3 boyutlu yapısından dolayı biyofilmlerin içine çok da nüfuz edemediğinin gösterildiğini vurgulayan Durmuş, “Bu problemi çözmek için, geliştirdiğimiz nanoparçacıkların biyofilmlerin içine alınımı ve etkisini arttırmak için ilginç bir metot geliştirdik. Nanoparcacık solüsyonuna şeker (fruktoz) ilave edildiğinde, antibakteriyel özelliklerin yüzde 90 oranında arttığını gösterdik. Bu basit yöntemle besin alınımını durduran bakterilere şeker verip “kandırarak” nanoparcacıkların daha iyi alınımını sağlamış olduk” diye konuştu.
Manyetik Nanoparçacıklar Memeli Hücrelerinin Büyümesini Hızlandırırken, Bakterileri Öldürüyor
Bu çalışmalara ek olarak, sentezlenen demiroksit nanoparçacıkların memeli hücrelerine olan etkisinin, kemik hücreleriyle deneyler yapılarak araştırıldığını dile getiren Durmuş, şunları söyledi: "Yapılan çalışmalarda nanoparçacıkların toksit etkilerinin minimum olduğu ve hatta manyetik nanoparçacıkların kemik hücrelerinin büyümesinde pozitif etkisi olduğu görüldü. Klinik uygulamalara geçmeden önce bu parçacıkların memeli hücreleri ve bağışıklık sistemi üzerindeki etkileri ve toksiteleri daha detaylı incelenmelidir. Özetle, manyetik nanoparçacıklar memeli hücrelerinin büyümesini hızlandırırken, bakterileri öldürüyor. Bu ve diğer çalışmalar, enfeksiyonların tedavisinde antibiyotiklere alternatif terapiler yaratma konusunda büyük bir potansiyeli olduğunu göstermiştir. Gelecekteki uygulamalarda, nanoparçacıklar kana verildikten sonra manyetik bir güç kullanarak enfeksiyonlu bölgelere gönderilir ve MRI benzeri yöntemlerle görüntülenip sürekli monitör edilebilir. Bu tarz uygulamalar bulaşıcı hastalıkların ve kanserin erken teşhisi ve tedavisi konusunda gelecekte çığır açma potansiyeline sahip."
Resim 2. Demiroksit nanoparçacıkların antibakteriyel özelliklerini analiz etmek için Live/dead (yeşil/kırmızı) boyaması kullanıldı ve biyofilmler mikroskopla incelendi. Analizde yeşil boyama yaşayan bakteri hücrelerini, kırmızı boyama da ölü bakteri hücrelerini göstermektedir. a) MRSA biyofilminin mikroskop altındaki görüntüsü; b) 24 saatlik süperparamanyetik demiroksit nanoparçacık tedavisi, dirençli MRSA biofilmlerini yok etmeye başlamıştır. c) Nanoparçacık solüsyonuna şeker (fruktoz) ilave edildiğinde, antibakteriyel özellikler ve ölen bakteri sayısı artmıştır.
Resim 3. Fruktozun nanoparçacıkların antibakteriyel özelliklerine etkisi. A) Nanoparçacıklar biyofilmlerin içine çok da nüfuz edemeyip, hücre duvarı ve zarına yapışmıştır. B) Nanoparçacık solüsyonuna şeker (fruktoz) ilave edildiğinde ise nanoparçacıkların bakterilerin içine daha iyi alınımı sağlanarak bakteri duvarı ve zarı zedelenmiştir. Bu da nanoparçacıkların antibakteriyel özelliklerini yüzde 90 oranında arttırmıştır.
Kaynaklar:
Yorumlar