Image
""

– Vi undersøker tre ulike miljøvennlige alternativer til antibiotika, blant dem er gel'er og kompresser av kollagen fra kalkun, sier Krister Gjestvang Grønlien, Hanne Hjorth Tønnesen, ​Helene Liepelt Nystedt og Raj Kumar Thapa. Alle foto: Ola Sæther/UiO

Her erstattes antibiotika med miljøvennlige stoffer

De dreper bakterier i kroniske sår med harmløse stoffer. Gevinsten er stor: Produktene gir trolig ikke resistens og belaster ikke miljøet.

Noen sår vil ikke gro. Bakterier kan ha tatt overhånd. Da finnes de ikke bare i enorme mengder på såret; de kan også ha gått sammen og dannet såkalt biofilm, der de lever i fellesskap i et beskyttende slimlag – som verken antibiotika eller desinfeksjonsmidler biter på.

Å behandle slike sår er nesten umulig.

Nye, grønne produkter

– Vi er nødt til å tenke nytt. Antibiotikaresistens er et enormt problem i verden og gjør medisiner stadig mindre effektive – også medisiner som skal behandle infiserte sår. Og ikke minst skader bruken av antibiotika miljøet, påpeker professor Hanne Hjorth Tønnesen på Farmasøytisk institutt ved Universitetet i Oslo.

– Lykkes vi, kan vi oppnå flere gevinster: et antibiotikafritt alternativ i sårbehandlingen, en bærekraftig utnyttelse av restråstoffer – og mer miljøvennlige legemidler, sier Hanne Hjorth Tønnesen.

For ikke all medisinen blir tatt i opp i kroppen. Noe skilles ut i avføringen og urinen sammen med nedbrytningsprodukter fra legemiddelet. Det går ut i kloakken – og havner i elver, innsjøer og fjorder. Målinger viser store mengder antibiotika i naturen. Alternativ medisin trengs sårt.

– Derfor jobber vi hele tiden med å utvikle nye måter å behandle på. Vi kombinerer miljøvennlige komponenter, slik som ulike sukker, aminosyrer, organiske syrer, nedbrytbare partikler og eventuelt lys, for å hemme bakterievekst. Disse komponentene har liten eller ingen antimikrobiell effekt hver for seg. Men når vi kombinerer dem på bestemte måter, kan vi oppnå en slik effekt, påpeker Hjorth Tønnesen. Hun leder forskningsgruppen PharmaLuxLab, som utvikler miljøvennlige og antibiotikafrie antibakterielle midler og sårprodukter.

Diabetikere utsatt

Kroniske sår er ille for pasientene. Diabetikere er særlig utsatt for fotsår som ikke vil gro, og også eldre mennesker med dårlig blodsirkulasjon får ofte kroniske sår. Brannsår kan også lett bli infisert og er vanskelige å lege. Kroniske infeksjoner i munnhulen er et annet problem som også rammer mange pasienter. En utfordring er å få de aktive stoffene fram til der de skal virke.

– Vi jobber med å kombinere stoffer på en ny måte for deretter å lage den riktige "innpakningen", det vi kaller en formulering. Det skal sikre en trygg og effektiv levering av stoffene til det infiserte stedet. Formuleringen skal også sørge for at stoffene blir tatt opp i bakteriene og hemmer veksten deres – og eventuelt løser opp biofilmen som ofte dannes. Eksempler på slike formuleringer til sår er spray, kompresser og gel'er – som er en slags gelé.  

Lys dreper

Når stoffene er påført det infiserte såret, vil de ofte trenge mer kampkraft i møte med bakteriene.

– Da eksponerer vi dem for lys med en spesiell bølgelengde. Lyset aktiverer komponenter i produktet slik at de genererer oksygenforbindelser som er giftige for bakteriene, forteller Hjorth Tønnesen.

De fotosensitive komponentene er inaktive uten det riktige lyset, men når de blir bestrålt, dannes blant annet forbindelsen singlet oksygen. Denne formen av oksygen er svært reaktiv og reagerer umiddelbart med omgivelsene, for eksempel bakterier – og skader dem.

– Vi får bakteriene til å ta opp disse lyssensitive stoffene, og så bestråler vi dem med lys som er tilpasset stoffet. Da dannes singlet oksygen, som virker nesten som små bomber inne i bakteriene. Når reaksjonene på denne måten skjer inne i bakterier, kan stoffet drepe selv motstandsdyktige bakterier, forteller hun.

Singlet oksygen og frie radikaler angriper alle typer molekyler i en bakteriecelle – hele veien fra den ytre membranen til DNA'et inne i cellen. Bakteriene klarer sannsynligvis ikke å utvikle resistens mot et så bredt angrep.

– Utfordringene er å få nok av det fotosensitive stoffet inn i bakteriene og å nå fram til alle bakteriene i et sår. Da blir ‘innpakningen’ av stoffene avgjørende.

Tre alternativer

Forskerne jobber ikke bare med å utvikle formuleringer med fotoreaktive komponenter. Nå holder de på å undersøke tre ulike, miljøvennlige alternativer til antibiotika.

Det første er gel'er og kompresser av kollagen fra kalkun, det andre spray og gel'er med "grønne" løsemidler, og det tredje er gel'er som inneholder såkalte antimikrobielle peptider sammen med små fettkuler.

En av dem som deltar i prosjektene, er doktorgradsstipendiat Krister Gjestvang Grønlien, som ser spesielt på kollagen.

– Jeg jobber med å utvikle nye produkter som kan brukes direkte på infiserte sår, som kollagen. Kollagen er det proteinet det finnes mest av i mennesker og dyr, særlig i lærhud, knokler, brusk og sener. Det langstrakte proteinet virker sårhelende, påpeker han.

I kroniske sår er det oppstått en ubalanse: Det er blitt for mye av enzymer som bryter såret ned og for lite av det som hemmer disse enzymene. Her kan kollagen hjelpe.

– Når vi tilfører kollagen, vil enzymene heller angripe kollagenet enn såret. Da dannes det fragmenter som trekker til seg cellene som bygger huden opp igjen. 

Rester fra kalkun

Kollagenet Grønlien bruker i forskningen sin, kommer fra kalkun.

– Matindustrien sliter med å bli kvitt proteinrikt materiale etter slakt, såkalt restråstoff. Mye blir brent og representerer dermed et miljøproblem. De henvendte seg til oss og lurte på om vi kunne bruke kalkun-sener til å ekstrahere kollagen fra, forteller han – og legger til at forskningen han utfører, inngår i et samarbeidsprosjekt mellom flere partnere i matindustrien.

Men selv om kollagen virker sårhelende, trengs mer for å få has på de gjenstridige bakteriene.

– Vi benytter lys, slik Hjorth Tønnesen fortalte om. Nærmere bestemt tilsetter vi lyssensitive stoffer, og når vi så bestråler disse stoffene, drepes bakteriene, sier Grønlien.  

Men han har også andre smarte grep for å forsterke de sårhelende og bakteriedrepende egenskapene. Kollagenet består av store molekyler, og det første som må gjøres, er å løse dem opp. Da benytter han løsemidler som er mer miljøvennlige enn de tradisjonelle, organiske løsemidlene, nemlig såkalte NADES – Natural Deep Eutectic Solvents.  

Ordet eutektisk kommer fra gresk og betyr lettsmeltelig. En eutektisk blanding består av to eller flere stoffer som har den egenskapen at blandingen har et lavere smeltepunkt enn stoffene den er laget av. De kan løse opp "uløselige" forbindelser – som proteinet kollagen.

Det er bare ti år siden NADES ble beskrevet vitenskapelig for første gang. De finnes i mange typer levende celler og består kun av naturlige komponenter, som organiske syrer, aminosyrer og sukker.

– NADES kan bryte kollagenet ned til enklere deler, nærmere bestemt til peptider – som er viktige når sår skal gro, påpeker Grønlien.

Men disse naturlige løsemidlene kan mer. Forskergruppa har funnet ut at mange NADES har antibakterielle egenskaper som kan brukes for å behandle infeksjoner i for eksempel kroniske sår.

Er du interessert i forskningsnyheter om realfag og teknologi: Følg Titan.uio.no på Facebook eller abonner på nyhetsbrevet vårt

Grønne løsemidler

NADES anses som "grønne" fordi de ikke forurenser naturen, og de er trolig heller ikke skadelige for dyr eller mennesker.

– De er billige og enkle å lage og holder seg i flytende tilstand over et stort temperaturområde, hvilket er viktige egenskaper hvis de skal brukes i legemiddelindustrien. Og ikke minst – de har evnen til å løse stoffer som ikke løser seg godt i vann, slik som kollagen, påpeker han.

– Da må vi vite sikkert at disse løsemidlene ikke er skadelige for kroppen. Vi må også vite mer om de grunnleggende egenskapene de har og hvordan de virker, understreker Helene Liepelt Nystedt. Hun er doktorgradsstudent og jobber med å utvikle antimikrobielle produkter som inneholder NADES.

For å finne ut om de er trygge å bruke i et hudpreparat til mennesker, har Nystedt undersøkt effekten de har på grisehud og i kunstige membranmodeller. Nå studerer hun hvor godt de virker på biofilm.  

– NADES har egenskaper som gjør det utfordrende å finne en "innpakning" som egner seg til å behandle lokale infeksjoner. I doktorgradsarbeidet mitt undersøker jeg flere forskjellige slike innpakninger for å finne ut hvilke som fungerer best, forteller hun.

Bakteriene konkurrerer

Peptider er kjeder av aminosyrer, og de kan ødelegge membranen til bakteriecellene. – Jeg har utviklet en spesiell type gel som sikrer stabil leveranse av peptider til kroniske sår, forteller Raj Kumar Thapa. Glassene han holder, inneholder to ulike gel'er med antimikrobielle peptider.​

Kollega og forsker Raj Kumar Thapa har en litt annen innfallsvinkel til sårbehandling. Han benytter såkalte antimikrobielle peptider for å bekjempe bakterier. Antimikrobielle peptider er en del av den medfødte immunresponsen som finnes både hos høyerestående og laverestående organismer.

I et betent sår finnes det mange ulike arter av bakterier. De vil ofte være bitre konkurrenter.

– Bakterier kan skille ut bestemte peptider for å svekke konkurrentene sine og dermed sikre seg den beste plassen i såret. Dette benytter vi oss av. Vi bruker peptider som bakteriene selv produserer, til å bekjempe andre bakterier. Peptider virker gjennom å ødelegge membranstrukturen til bakteriecellen, forteller Thapa.

Jevn tilførsel

Det finnes allerede noen kremer som inneholder antimikrobielle peptider, men de er ikke optimale. De forsvinner lett fra såret og gir ingen kontrollert tilførsel av peptider.

– Peptidene bør få tid til å virke lenge på såret. Det trengs, for antallet bakterier i kroniske sår er svært høyt, og når de lager biofilm, er det vanskelig å trenge igjennom, understreker han.

Utfordringen er å finne formuleringer som både er effektive mot bakteriene i såret og samtidig holder peptidet stabilt. Peptider er nemlig utsatt for å bli brutt ned i sårvæsken av enzymer og andre forhold, som pH i såret og ved eksponering for sollys.  

– Målet vårt er å lage en formulering som kan stabilisere peptidene, frigi disse til det infiserte området over lengre tid og sikre at de tas opp i sårbakteriene. Peptidene vi arbeider med, har aldri vært brukt på denne måten tidligere, forteller han.

Thapa har nå utviklet en spesiell type gel som er i stand til å levere peptidene til kroniske sår.

– Vi har fått en idé om at det er mulig å gjøre det ved å påføre en slags gel på det betente såret. Vi inkorporerer små kuler basert på fettstoffer i kroppen, fosfolipider, i en gel som er laget av nedbrytbare stoffer. Vi tilsetter antimikrobielle peptider og naturlige stabilisatorer. Da frigjøres peptidene sakte og kan virke på bakteriene i lengre tid – helt til de dør, sier forskeren og legger til at han mener peptidene kan bli et viktig antibiotikafritt alternativ i sårbehandlingen.

Tar tid

De fire forskerkollegene driver grunnleggende forskning. Derfor vil det ta flere år før vi kan gå på apoteket og kjøpe de bakteriedrepende produktene de nå utvikler.

– Først må vi gjøre forsøk i dyremodeller og deretter kliniske forsøk i mennesker. Lykkes vi, kan vi oppnå flere gevinster: et antibiotikafritt alternativ i sårbehandlingen, en bærekraftig utnyttelse av restråstoffer og mer miljøvennlige legemidler. 

Artikkelen ble først publisert i Apollon