Nog altijd zijn wetenschappers naarstig op zoek naar manieren om de dreigende antibiotica-resistentie het hoofd te bieden. En mogelijk is daarbij een taak weggelegd voor… goud.

Op het eerste gezicht lijkt goud, ‘de koning der metalen’, misschien niet echt een voor de hand liggende behandeling tegen een infectie die door een bacterie is veroorzaakt. Toch erkennen wetenschappers al enkele jaren de antimicrobiële eigenschappen van speciaal aangepaste gouden nanodeeltjes. Tot op heden zijn ze er echter nog niet in geslaagd om enkele belangrijke problemen die hiermee samengaan, op te lossen. Tenminste, tot nu.

Beschadigen
In een rapport van de Wereldgezondheidsorganisatie stelden wetenschappers vorig jaar dat ‘antibiotica-resistentie in alle delen van de wereld gevaarlijk sterk is gestegen’. Ze luidden destijds niet alleen de noodklok, er werd ook opgeroepen tot meer investeringen in manieren om dit probleem het hoofd te bieden. Eén van die manieren is door middel van gouden nanoclusters – elk bestaande uit ongeveer 25 goudatomen – die als het ware gaten slaan in de celwanden van bacteriën, waardoor hun resistentie tegen antibiotica wordt afgezwakt.

Hoewel dat veelbelovend klinkt, zijn er echter nog wel enkele uitdagingen te overbruggen. Want hoe krijg je deze werkzame gouden nanodeeltjes op de plaats van een bacteriële infectie, zonder de gezonde cellen van de gastheer (zoals een mens) te beschadigen?

Verpakt
In een nieuwe studie gingen onderzoekers het probleem te lijf. Hoe? Door gebruik te maken van de elektrostatische krachten van de natuur. Bacteriële celwanden zijn namelijk sterker negatief geladen dan de cellen van zoogdieren. Met het idee dat tegengestelde ladingen elkaar aantrekken, verpakten de onderzoekers de gouden nanoclusters in een molecuul dat een ‘ligand’ wordt genoemd en positief geladen is. Vergelijkbaar met een postduif, levert deze ligand de nanoclusters af aan de bacteriële celwand, waar het het celmembraan verstoort.

Giftig
Maar dan is er nog een probleem. “Sterk positief geladen nanodeeljes zijn bekende antibacteriële materialen, maar ze zijn te giftig voor gastheercellen,” legt Dejian Zhou in een interview met Scientias.nl uit. Om de gastheercellen te beschermen, hebben de wetenschappers een tweede ligand toegevoegd aan de ‘wikkel’ die om elke nanocluster zit. Deze moleculen hebben zowel positieve, als negatieve ladingen – ook wel zwitterion genoemd – en komen tevens voor in de lipiden van celmembranen van zoogdieren. “Deze zwitterionische liganden verminderen dus de giftigheid,” aldus Zhou. Het betekent dat deze liganden de gouden nanoclusters beter compatibel maken met de zoogdiercellen van de gastheer. “We zijn erin geslaagd de meest optimale ligandverhouding te vinden, met een lage giftigheid voor gezonde weefsels terwijl het alsnog een uitstekende antibacteriële werking heeft,” concludeert Zhou.

De gouden nanocluster in de moleculaire wikkel. De liganden in blauw zijn de zwitterionische, terwijl die in rood positief geladen zijn. Afbeelding: University of Leeds

Het nieuwe ‘jasje’ van de gouden nanoclusters betekent dat ze nog steeds korte metten maken met bacteriën, terwijl ze minder schadelijk zijn voor ons eigen lichaam. Het goud dringt namelijk door in de bacterie, terwijl de onderzoekers met hun methode voorkomen dat de gouddeeltjes tevens onze eigen cellen binnendringen.

Resistente bacteriën
Het team besloot vervolgens hun nieuw gefabriceerde nanoclusters te testen op bacteriestam Staphylococcus aureus (MSRA). De MRSA bacterie is ongevoelig (resistent) voor een behandeling met het antibioticum meticilline; een veelgebruikt middel. De onderzoekers testten drie antibiotica tegen MRSA met en zonder de gouden nanoclusters. In de gevallen waarin het antibioticum werd gebruikt in combinatie met de gouden nanoclusters, ontdekten de onderzoekers een verbeterde antimicrobiële werking. Met één klasse antibiotica was er zelfs een 128-voudige afname van de hoeveelheid antibioticum die nodig was om de groei van MRSA te remmen. En dat betekent dat het nieuw ontworpen jasje werkt. “Door de verhouding van de twee liganden systematisch af te stemmen, hebben we een manier gevonden om gouden nanoclusters te gebruiken,” zegt Zhou. “Bovendien werkt het niet alleen als een effectief antimicrobieel middel, het versterkt tevens de werking van antibiotica bij resistente bacteriën.”

Gouden nanoclusters
Het betekent dat de minuscule gouden nanoclusters die de onderzoekers in hun studie hebben vervaardigd, bacteriën zichtbaar gevoeliger maken voor antibiotica. “Resistente bacteriële membranen vertonen vaak een verminderde doorlaatbaarheid van antibiotica,” legt Zhou uit. “Maar onze gouden nanoclusters kunnen het bacteriële celmembraan effectief verstoren en de bacterie doden. Daarnaast maakt dit proces het bacteriële membraan ook beter doorlaatbaar voor antibiotica, waardoor deze medicijnen gemakkelijker in de bacteriële cellen doordringen. Dit maakt het bacteriedodende effect nog sterker.”

Antibiotica-resistentie
Het zijn veelbelovende resultaten. Want het betekent dat de onderzoekers hier mogelijk een verrassend nieuw wapen in de strijd tegen antibiotica-resistentie hebben ontdekt. En dat is hard nodig. Zo overlijden er momenteel nog jaarlijks zo’n 700.000 mensen aan infecties die in de jaren zestig en zeventig van de vorige eeuw nog prima te behandelen waren met antibiotica. En tegen 2050 kan het aantal jaarlijkse doden zelfs opgelopen zijn tot tien miljoen. De zoektocht naar nieuwe antibiotica loopt echter moeizaam. Maar zoals deze studie laat zien, zijn er ook andere manieren om het probleem het hoofd te bieden. “Als we ons alleen concentreren op het ontwerpen van nieuwe antibiotica, zal het probleem niet opgelost worden,” stelt Zhou. “Bacteriële resistentie tegen dergelijke nieuwe varianten zal namelijk onvermijdelijk zijn. We moeten meer aandacht besteden aan de ontwikkeling van nieuwe benaderingen om onze huidige antibiotica-arsenalen nieuw leven in te blazen. Dit kan een goedkopere, snellere en mogelijk duurzamere oplossing zijn.”

En dat is precies wat de onderzoekers met hun studie hebben gepoogd te doen. “Onze bevindingen bieden een zeer effectief, goedkoper en sneller alternatief om de uitdaging van antibiotica-resistentie aan te pakken,” zegt Zhou. “Onze gouden nanoclusters werken zelfs tegen resistente bacteriën. En dat betekent dat ze niet alleen een belangrijke rol kunnen spelen bij de behandeling van resistente bacteriële infecties, maar ook een bijdrage leveren aan het oplossen van de dreigende antibiotica-resistentie.”