Met behulp van kwantumtechnologieën zijn wetenschappers erin geslaagd om de effectiviteit van antibiotica vele malen te verhogen, wat artsen zal helpen het hoofd te bieden aan het belangrijkste probleem van de 21e eeuw: bacteriële resistentie tegen medicijnen.
Quantum dots zijn de kleinste fragmenten van geleiders of halfgeleiders waarvan de ladingsdragers (d.w.z. elektronen) in alle drie de dimensies in de ruimte beperkt zijn. In dit geval moet de grootte van zo'n deeltje zo klein zijn dat de kwantumeffecten op zijn minst enigszins significant zijn. Wetenschappers gebruiken ze in plaats van kleurstoffen in verschillende experimenten met betrekking tot foto-elektronica om de bewegingsroutes van medicijnen en andere moleculen in het lichaam te volgen. Het bleek dat de potentie van quantum dots hierdoor niet wordt uitgeput: onderzoekers hebben er nieuwe toepassingen voor gevonden en dit zal blijkbaar een serieuze stap zijn in de strijd tegen medicijnresistente ziekteverwekkers en de infecties die ze veroorzaken.
Antibiotica en kwantumtechnologieën: wetenschappelijke synthese
In een nieuwe studie is gebleken dat antibiotica die zijn uitgerust met een experimentele versie van kwantumstippen 1000 (!) Keer effectiever zijn in het bestrijden van bacteriën dan hun "gewone" versies. De puntbreedte komt overeen met een DNA-streng, die slechts 3 nm in diameter is. Ze waren gemaakt van cadmiumtelluride, een stabiele kristallijne verbinding die vaak in fotovoltaïsche cellen wordt gebruikt. De elektronen in kwantumstippen reageren op groen licht met een bepaalde frequentie, waardoor ze zich binden aan zuurstofmoleculen in het lichaam en superoxide vormen. De bacteriën die het opnemen, kunnen antibiotica niet weerstaan - na zo'n "lunch" is hun interne chemie volledig verstoord.
Het team van wetenschappers mengde verschillende aantallen kwantumdots met verschillende concentraties van elk van de vijf antibiotica om een breed scala aan testmonsters te maken. Ze voegden deze monsters vervolgens toe aan vijf stammen van medicijnresistente bacteriën, waaronder de methicilline-resistente Staphylococcus aureus, ook wel bekend als MRSA. In 480 tests met verschillende combinaties van kwantumdots, antibiotica en bacteriën was meer dan 75% van de kwantumdots-monsters in staat om de groei van bacteriën te remmen en zelfs bacteriën volledig te doden met lagere doses antibiotica.
Antibioticaresistentie: de plaag van de 21ste eeuw
Promotie video:
Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) is antibioticaresistentie een van de grootste bedreigingen voor voedselzekerheid, gezondheid en ontwikkeling in de wereld. Het kan iedereen in elk land treffen: infecties die in het verleden gemakkelijk te behandelen waren (zoals gonorroe, longontsteking en tuberculose) worden in de loop der jaren steeds resistenter tegen antibiotica en zijn daarom moeilijker te bestrijden. Naast de voor de hand liggende gezondheidsrisico's en zelfs hogere sterftecijfers, heeft antibioticaresistentie een impact op de economie: het verhoogt de medische kosten en verlengt de opnameduur. En hoewel de ontwikkeling van veerkracht een natuurlijk evolutionair proces is, slagen mensen erin het nog meer te verergeren. Bijvoorbeeld het misbruik en veelvuldig gebruik van antibiotica bij mensen,en bij dieren versnelt het dit proces sterk.
Alleen al in de Verenigde Staten lijden elk jaar minstens 2.000.000 mensen aan verhoogde antibioticaresistentie. Als dit niet verandert, zal antibioticaresistentie in 2050 meer dan 10 miljoen mensen doden! Daarom werken onderzoekers over de hele wereld om deze trend op verschillende manieren te beïnvloeden. Sommigen gebruiken CRISPR om bacteriële agentia direct aan te vallen, terwijl anderen manieren zoeken om schimmelinfecties te bestrijden. Wetenschappers proberen zelfs het hele mechanisme van het ontstaan van resistentie het hoofd te bieden en ontnemen bacteriën hun belangrijkste voordeel.
Gevolgtrekking
Natuurlijk is het gebruik van kwantumstippen ook vol moeilijkheden. Een daarvan is licht, dat het proces activeert: het moet niet alleen een bron hebben, maar ook de straling zelf schijnt maar door enkele millimeters vlees heen. Daarom is het gebruik van kwantumtherapie op dit moment alleen echt effectief voor het oplossen van oppervlakkige problemen. Desalniettemin kan dit probleem op een zeer elegante manier worden omzeild: het team werkt al aan het creëren van nanodeeltjes die reageren op infrarood licht - het gaat door het hele lichaam en kan worden gebruikt om zelfs infecties te behandelen, waarvan de brandpunten diep in zacht en botweefsel liggen.
Vasily Makarov
