University of Groningen
Magnetic Nanoparticles for the Control of Infectious Biofilms Quan, Kecheng
DOI:
10.33612/diss.170829667
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date: 2021
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Quan, K. (2021). Magnetic Nanoparticles for the Control of Infectious Biofilms. University of Groningen. https://doi.org/10.33612/diss.170829667
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Samenvatting
(voor de leek)
Samenvatting
163
Magnetic targeting (MT) van antimicrobiële deeltjes voor de behandeling van biofilm-gerelateerde infecties wordt veelvuldig onderzocht, maar het is op dit moment nagenoeg onmogelijk om met MT deeltjes naar een micrometer-grote/micrometer-kleine infectieuze biofilm te dirigeren. Dit proefschrift beoogt methoden te ontwikkelen waarbij MT ingezet kan worden ter bestrijding van infecties, zonder dat er targeting op micrometer-niveau dient plaats te vinden.
In Hoofdstuk 1.1 hebben we de mogelijkheden en onmogelijkheden van de toepassing van MT voor biofilm infecties onder de loep genomen. Targeting van chemotherapeutica naar een tumor door magnetische nanocarriers wordt reeds beschouwd als veelbelovend. Magnetische nanodeeltjes (MNP’s) worden ook onderzocht voor gebruik in bacteriële infectiebestrijding. Ten gevolge van de groeiende prevalentie van antimicrobiële resistentie, zullen bacteriële infecties tegen het jaar 2050 de belangrijkste doodsoorzaak worden. Alternatieve behandelingsmethoden in ontwikkeling moeten dit voorkomen. Het gebruik van MNP’s valt hier ook onder. MNP’s kunnen worden geladen met een antimicrobiële stof of beladen met antimicrobiële moleculen. Echter, technieken om antimicrobiële MNP’s direct naar een infectieuze locatie te targeten, zijn niet voorhanden vanwege de micrometer-grootte van infectieuze biofilms. Terzijde, tumoren hebben een grootte van enkele centimeters, hetgeen MT vergemakkelijkt. Momenteel wordt targeting van infectieuze biofilms door slimme, zelf-adaptieve en pH-responsieve, antimicrobiële nanocarriers gepropageerd, die aangetrokken worden door de ietwat zure pH in een biofilm. De onderliggende chemie om deze deeltjes te maken is echter ingewikkeld.
Bovenstaande overwegingen leidden tot de doelstelling van dit proefschrift: Hoe kunnen we gebruik maken van MT zonder daartoe gebruik te hoeven maken van nauwkeurige targeting technieken.
In Hoofdstuk 2 werden gentamicine-beladen magnetische nanodeeltjes (MNP-G’s) gesynthetiseerd met een diameter van ongeveer 60 nm. MNP-G’s doodden de meest voorkomende pathogenen. De MNP-G verdeling over de dikte van een Staphylococcus
aureus biofilm was afhankelijk van de blootstellingstijd aan een magnetisch veld en
Samenvatting
164
Dit leverde ook de meeste afdoding van stafylokokken in de biofilm op. Langer of korter blootstellen aan het magnetisch veld leverde een slechtere verdeling van de MNP-G’s en afdoding van de stafylokokken op. Er werd geconcludeerd dat een homogene verdeling van gentamicine-beladen MNP’s over de dikte van een biofilm essentieel was voor een optimaal effect, maar niet eenvoudig te realiseren.
De transport mogelijkheden van moleculen en deeltjes in een biofilm zijn beperkt. In Hoofdstuk 1.2 wordt de rol van water in biofilms beschouwd, met name de rol die water vervult als transport medium. Gehydrateerde biofilms bestaan voor meer dan 70% uit water. Water gevulde structuren in biofilms worden aangeduid als "kanalen" en "poriën". Kanalen zorgen voor het vitale transport van voedingsstoffen, afvalproducten en andere moleculen door een biofilm. Bacteriën kunnen zelf actief betrokken zijn bij de vorming van deze kanalen, hetgeen getuigt van het vitale belang van water-gevulde kanalen in een biofilm. Dit inspireerde de gedachte om met MNP’s additionele kanalen te graven in infectieuze biofilms. In Hoofdstuk 3 stellen we een nieuwe toepassing voor van het gebruik van MNP’s door met behulp van een eenvoudige magneet MNP’s door een biofilm heen en weer te bewegen om al doende additionele kanalen te graven die het transport van antibiotica door een biofilm vergroten. Additionele kanalen verbeterden antibiotica penetratie en bacteriële afdoding in een biofilm aanzienlijk.
Vervolgens werd in Hoofdstuk 4 verder onderzocht of het graven van additionele kanalen in een biofilm beter ging met meer of minder plakkerige deeltjes. Het graven van effectieve, additionele kanalen in biofilms bleek beter te gaan met niet-plakkerige MNP’s en antibiotica doodden meer stafylokokken. In vivo experimenten in muizen bevestigden dat niet-plakkerige MNP’s kunnen worden gebruikt om een onderhuidse infectie effectiever te behandelen met antibiotica.
In Hoofdstuk 5 wordt het “kanaal graven” uitgewerkt ter bestrijding van infecties gerelateerd aan kunst-organen (kunst-heupen, kunst-bloedvaten, etc). Daartoe zijn MNP’s aan een implantaat oppervlak gehecht, met de bedoeling deze eraf te trekken met een magneet op het moment dat zich een infectieuze biofilm op het biomateriaal oppervlak van het implantaat heeft gevormd. Infectie is op dit moment de meest voorkomende oorzaak van mislukken van biomateriaal, niet-lichaamseigen,
165
implantaten. Ook dit bleek een goede methode, waarmee implantaat infecties door
Staphylococcus aureus en Pseudomonas aeruginosa bacteriën effectiever bestreden
konden worden met gebruik van bestaande antibiotica.
In de algemene discussie van dit proefschrift (Hoofdstuk 6) worden de voordelen van additioneel kanaal-graven door infectieuze biofilms mbv MBNP’s besproken. Belangrijk in deze, is het feit dat hiermee de effectiviteit van bestaande antibiotica vergroot wordt, hetgeen enige lucht geeft voor de ontwikkeling van nieuwe antimicrobiële middelen tot het jaar 2050. Nog openstaande vragen over de voordelen van kanaal-graven en noodzakelijke stappen om tot klinische toepassing te komen worden.
Samenvatting
