Artikkel

– Som å drepe bakterier med bulldozer

Kristine Opsvik Wikene med fire prøveglass: De to til venstre inneholder sukrose og glukose.
Kristine Opsvik Wikene holder fire prøveglass som inneholder (fra venstre) sukrose, glukose, den flytende blandingen av de to, og NADES-blandingen med lysfølsomt fargestoff. foto: Bjarne Røsjø/UiO Bruk bildet.

– Som å drepe bakterier med bulldozer

To farmasiforskere har funnet og patentsøkt en ny type naturbaserte løsningsmidler som kan brukes til bakteriedrepende lysbehandling. Men så viser det seg at løsningsmidlene alene dreper bakterier, like effektivt som om de skulle blitt overkjørt med bulldozere.

Fotodynamisk behandling mot visse typer kreft har vært tilgjengelig i en årrekke, og går ut på at en kombinasjon av lysaktiverte fargestoff (fotosensitizere) og lys dreper kreftceller eller deres forstadier.

Kristine Opsvik Wikene har brukt doktorgradsstudiet sitt til å undersøke hvordan fotodynamisk behandling kan brukes også mot bakterier i infiserte overflatesår. Resultatene er så oppsiktsvekkende at universitetets innovasjonsselskap, Inven2, har søkt om patent sammen med Opsvik Wikene og hennes hovedveileder, professor Hanne Hjorth Tønnesen.

– Forskerne har i prinsippet funnet en ny type løsningsmidler for de lysaktiverte fargestoffene som brukes i bakteriedrepende fotodynamisk terapi, men vi ser også flere muligheter. Det er et stort behov i markedet for denne typen behandling, sier Technology Strategy Manager Jan Solberg i Inven2.

Det er like godt å lære seg et nytt faguttrykk med en gang: Eutektiske blandinger. Patentsøknaden handler nemlig om å drepe bakterier med eutektiske blandinger av naturlig forekommende stoffer, kalt NADES etter den engelske betegnelsen «Natural deep eutectic solvents». En eutektisk blanding er en blanding som har lavere smeltepunkt enn utgangsstoffene.

– Den opprinnelige ideen var å lage NADES-blandinger som skulle brukes til å løse opp fotosensitizerne, som altså er en gruppe stoffer som virker bakteriedrepende når de bestråles med lys, med «riktig» bølgelengde.

– Men så oppdaget vi at også de rene NADES-ene, uten fotosensitisere, hadde bakteriedrepende effekt. Det var veldig overraskende, forteller Hjorth Tønnesen.

Dreper også resistente bakterier

Kristine Opsvik Wikene og Hanne Hjorth Tønnessen i laboratoriet
Kristine Opsvik Wikene har tilbrakt utallige timer på laboratoriet, for å teste hvilke blandinger som blir eutektiske. Professor Hanne Hjorth Tønnessen har vært hovedveileder og er med på patentsøknaden. Foto: Bjarne Røsjø/UiO

– De bakteriedrepende egenskapene er der allerede når blandingene brukes alene, men de blir forsterket hvis blandingene utsettes for lys med en spesiell bølgelengde. Og hvis vi i tillegg tilsetter de lysaktiverte fargestoffene, blir den bakteriedrepende evnen enda sterkere. Vi har vist at det i noen tilfeller er nok med ekstremt små mengder av fargestoffene, tilføyer Opsvik Wikene.

Det er sannsynlig at fotodynamisk behandling dreper antibiotikaresistente bakterier like effektivt som andre bakterier. Det gjør patentsøknaden bare mer interessant, for antibiotikaresistente bakterier er i ferd med å bli en alvorlig trussel mot store deler av moderne medisinsk behandling.

– Det har blitt forsøkt å dyrke fram bakterier som er resistente mot fotodynamisk behandling, men det ser ikke ut til at bakteriene klarer å stå imot. Til sammenlikning tok det bare et par år fra penicillin ble tatt i bruk på 1940-tallet til de første penicillinresistente bakteriene oppstod, sier Opsvik Wikene.

Ny måte å drepe bakterier på

Kristine Opsvik Wikene og Hanne Hjorth Tønnesen ser dermed ut til å ha utviklet en vesentlig forbedring av antimikrobiell fotodynamisk behandling.

– De resultatene vi har hittil, tyder på at de spesielle blandingene våre er godt egnet til behandling av infeksjoner på kroppens overflater. Fotsår hos diabetikere er for eksempel et stort og voksende problem, og vi tenker oss at blandingene kan stanse vanskelige infeksjoner i slike sår. Blandingene bør også kunne brukes mot for eksempel akne, infiserte brannsår eller ved behandling av sår i munnhulen, antyder Hjorth Tønnesen.

De to forskerne understreker at det uansett vil gå flere år før du kan gå og kjøpe de nye bakteriedrepende stoffene på apoteket.

– Den bakteriedrepende effekten er så langt bare demonstrert i laboratoriet. Vi må gjøre forsøk med dyremodeller, og deretter kliniske forsøk med mennesker, før dette kan bli et kommersielt produkt. Men vi mener virkelig at vi har funnet noe som er utrolig spennende, sier Opsvik Wikene.

Naturlige blandinger

Fakta om NADES-blandinger

  • Eutektiske blandinger av syntetiske og ofte toksiske stoffer har vært brukt blant annet som løsningsmiddel i organisk syntese i mange år.
  • I 2011 oppdaget nederlandske forskere at stoffer som finnes i mange typer celler, ofte i store mengder, har evnen til å danne eutektiske blandinger ved spesielle mengdeforhold. Dette dannet utgangspunktet for den nye forskningen ved UiO.

Men hva er egentlig en NADES? Opsvik Wikene viser fram tre små prøveglass for å vise hva det handler om.

– Det ene glasset inneholder sukrose, altså det vanlige sukkeret som vi bruker i maten. Sukrose er et fast stoff ved romtemperatur. Det andre glasset inneholder sukkerarten glukose, som også er et fast stoff – og i det tredje glasset har jeg en blanding av de to sukkerartene, forteller hun.

Det pussige er at blandingen av de to faste stoffene er flytende og vannklar, nesten som om forskeren skulle ha utført et trylletriks. Den flytende blandingen inneholder nøyaktig like mange molekyler av sukrose og glukose – det er bare da blandingen får den spesielle strukturen som gjør at den blir flytende.

Opsvik Wikene har også funnet NADES-blandinger med andre mengdeforhold. Felles for blandingene er at de inneholder stoffer som forekommer i mange typer celler; stoffer som sukkerarter, aminosyrer, organiske syrer som sitronsyre, og så videre.

Dreper bakterier med bulldozer

Den bakteriedrepende effekten av NADES-blandingene skyldes etter alt å dømme at det dannes frie radikaler – det vil si svært reaktive og kortlivede kjemiske forbindelser – når blandingene kommer i kontakt med bakteriene i nærvær av lys.

– Vi tror at disse frie radikalene angriper alle typer molekyler i en bakteriecelle – hele veien fra den ytre membranen til DNA inne i cellen. Bakteriene klarer ikke å utvikle resistens mot et så bredt angrep: Det blir nesten som å kjøre over bakteriene med bulldozer, forteller Hjorth Tønnesen.

De frie radikalene vil i prinsippet også angripe kroppens friske celler i nærheten av bakteriene som skal drepes, men fotosensitizerne løst i NADES tas heldigvis raskere opp i bakterier enn i friske kroppsceller.

– Det betyr at vi har et tidsvindu: Hvis vi appliserer en NADES med fotosensitizer og belyser det infiserte området umiddelbart, dreper vi bakteriene før det omkringliggende vevet blir påvirket, mener Hjorth Tønnesen.

Kan bli en kommersiell suksess

En spesiell egenskap med NADES-stoffene er at de kan løse både vannløselige og vannuløselige stoffer. Det betyr at NADES kan bruke et rikt utvalg av fotosensitizere.

– Hvis denne behandlingen viser seg å være så lovende som det ser ut til, kan dette fort bli en kommersiell suksess, sier Jan Solberg i Inven2.

Han har bistått Opsvik Wikene og Hjorth Tønnesen med patentsøknaden, og mener at den inneholder flere interessante ting.

– Den mest umiddelbare anvendelsen er å bruke metoden til behandling av infiserte leggsår og andre overfladiske sår. Det er vanlig at eldre mennesker, særlig røykere og diabetikere, kan få leggsår på grunn av dårlig blodomløp i beina. Det er ofte vanskelig å behandle disse sårene, som kan være smertefulle og lett blir infisert. Med den nye metoden som nå er patentsøkt, ser vi for oss at hjemmesykepleiere kan sprøyte på en NADES-løsning i slike sår og deretter aktivere de bakteriedrepende stoffene med lys med «riktig bølgelengde», sier Solberg.

Leggsårene blir ikke borte selv om bakteriene dør, men det vil være en stor fordel å bli kvitt infeksjonene.

Solberg presiserer at det som kalles antibakteriell fotodynamisk terapi har vært kjent lenge, men at det har fått fornyet interesse etter hvert som antibiotikaresistens har blitt et økende problem.

– Stoffene som brukes til å drepe bakterier med denne metoden, er ofte store molekyler som er vanskelig å løse opp. NADES-løsningene har veldig gode egenskaper når det gjelder å løse opp slike stoffer, og dermed åpner det seg nye muligheter. Patentsøknaden er ekstra interessant også fordi løsemidlene i seg selv ser ut til å ha bakteriedrepende effekt, både med og uten lysaktivering, påpeker Solberg.

Alt må testes grundig

Mange tekopper inneholder både sukrose og sitronsyre
Sukrose og sitronsyre er vanlige ingredienser i en tekopp. Men som NADES-løsning blir de to stoffene i kombinasjon plutselig bakteriedrepende. Foto: Colourbox.com

Inven2 håper nå at et legemiddelfirma vil kjøpe rettighetene til det som er beskrevet i patentet, eller at noen investorer blir så interessert at de etablerer en ny bedrift.

– Det er vanligvis nødvendig med omfattende klinisk testing før et nytt legemiddel kan bli godkjent, men i dette tilfellet består i alle fall noen av NADES-løsningene av stoffer som allerede er godt dokumentert. Kristine Opsvik Wikene har for eksempel beskrevet en NADES som rett og slett består av sitronsyre og sukrose, som begge er stoffer du kan finne i en vanlig tekopp. Vi håper derfor at det vil være enklere å få godkjent sårbehandling på mennesker med disse stoffene, antyder Solberg.

Inven2 ønsker uansett å legge til rette for at forskerne kan få ressurser til å undersøke nærmere for eksempel hvilke bakterier som er mest vanlige i leggsår, og hvor effektivt NADES tar knekken på dem.

– Vi tar derfor sikte på å søke Norges forskningsråd om midler fra Biotek2021 programmet. Det vil muliggjøre en større satsing på dette interessante prosjektet, forteller Solberg.

Har testet flere bakterier

De to forskerne har så langt testet effekten av NADES på blant annet Escherichia coli som er en vanlig tarmbakterie, Enterococcus faecalis som ofte forårsaker infeksjoner i munnhulen, Staphylococcus aureus som kan forårsake en lang rekke ulike infeksjoner, Staphylococcus epidermidis som kan danne biofilm på kateter og andre implantater, Pseudomonas aeruginosa som er vanlig i infiserte sår, og Klebsiella pneumoniae som ofte forårsaker lungebetennelse og sykehusinfeksjoner.

Bakterieforsøkene er utført hos Nordisk Institutt for Odontologisk Materialprøving (NIOM), som en del av et større samarbeidsprosjekt. NADES-blandinger tar også knekken på soppen Candica albicans, som ofte gir infeksjoner i munn og underlivet, særlig hos kvinner.

Kontakt:

Les mer:

Kristine Opsvik Wikene, Ellen Bruzell, Hanne Hjorth Tønnesen: Characterization and antimicrobial phototoxicity of curcumin dissolved in natural deep eutectic solvents. European Journal of Pharmaceutical Sciences Volume 80, 1 December 2015, Pages 26–32

Kristine Opsvik Wikene, Ellen Bruzell, Hanne Hjorth Tønnesen: Improved antibacterial phototoxicity of a neutral porphyrin in natural deep eutectic solvents. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. Volume 148, July 2015, Pages 188–196

 

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Bakterier

Bacteria: The New Superheroes

Bacteria have a poor reputation, but they are also important collaborators, for instance in medicine. Ambitious researchers use computers to push bacteria beyond their limits.
Kjøttmeisen er en av Norges vanligste fugler

Innvandrere har andre matvaner - også fugler

Meis og mange andre småfuglers matvaner er i stor grad styrt av medfødte instinkter, hevder biologenes lærebøker. Men professor Tore Slagsvold har nå vist at kjøttmeis og blåmeis er smartere enn som så. Innvandrer-meis tar nemlig med seg matvanene hjemmefra når de flytter, men etterhvert finner de ut at menyen kan varieres med nye larvetyper.