抗生物質デリバリービークル（ADV）としてのナノ粒子は、MRSAおよび他のMDR細菌病原体による耐性を克服する：手榴弾仮説

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J Glob Antimicrob Resist.2020 Jul;S2213-7165(20)30168-5. doi: 10.1016/j.jgar.2020.06.023.Epub 2020-07-09.

抗生物質デリバリービークル（ADV）としてのナノ粒子は、MRSAおよび他のMDR細菌病原体による耐性を克服する：手榴弾仮説

Nanoparticles as antibiotic-delivery vehicles (ADVs) overcome resistance by MRSA and other MDR bacterial pathogens: the grenade hypothesis.

Amjed Alabresm
Yung Pin Chen
Savannah Wichter-Chandler
Jamie Lead
Brian C Benicewicz
Alan W Decho

PMID: 32653724 DOI: 10.1016/j.jgar.2020.06.023.

抄録

目的:

本研究の目的は，β-ラクタム系抗生物質であるペニシリンGのような効果の低い抗生物質をナノ粒子（NP）に結合させて濃縮送達することで，メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）やその他の多剤耐性菌（MDR）を含む様々な病原性細菌に対する殺傷能にどのような影響を与えるかを検討することであった。

OBJECTIVES: The aim of this study was to examine how the concentrated delivery of less-effective antibiotics, such as the β-lactam penicillin-G, by linkage to nanoparticles (NPs) could influence the killing efficiency against various pathogenic bacteria including methicillin-resistant-Staphylococcus aureus (MRSA) and other multi-drug resistant (MDR) strains.

方法:

β-ラクタム系抗生物質ペニシリン-G（PenG）は、カルボン酸系（COO-NPs）または硫酸系（SO4-NPs）で表面修飾された蛍光性ポリスチレンNP（20nm）に受動的に吸着し、PenG-NPs複合体を形成した。PenG-NPsの抗菌活性を、抗生物質耐性菌を含むグラム陰性菌およびグラム陽性菌に対して評価した。抗菌性の評価には、円盤拡散法、微小希釈法、Live/Dead染色法を用いた。

METHODS: The β-lactam antibiotic penicillin-G (PenG) was passively-sorbed to fluorescent polystyrene NPs (20 nm) that were surface-functionalized with either carboxylic acid- (COO--NPs) or sulfate-groups (SO4--NPs) to form PenG- NPs complex. Antimicrobial activities of PenG-NPs were evaluated against Gram-negative and Gram-positive bacteria, including antibiotic resistant strains. Disc-diffusion, microdilution assays and Live/Dead staining were performed for antibacterial assessments.

結果:

その結果，PenG-NPs複合体の殺菌活性は，MRSA株やMDR株を含むグラム陰性株およびグラム陽性株に対して統計的に有意に（P<0.05）増強されたことが示された．蛍光イメージングは、NPsがMIC寒天プレートアッセイの明確なゾーン全体で抗生物質と共存していることを確認しました。NP リンク抗生物質の増加した殺菌能力は、（抗生物質の溶液濃度と比較して）与えられた細菌細胞に各 NP によって配信された抗生物質の大幅に増加した密度に起因すると仮説されている細菌抵抗性メカニズム（s）を圧倒する。

RESULTS: The results showed that bactericidal activities of PenG- NPs complexes were statistically significantly (P < 0.05) enhanced against Gram-negative and Gram-positive strains, including MRSA and MDR strains. Fluorescence imaging verified that NPs co-migrated with antibiotics throughout clear zones of MIC agar-plate assays. The increased bactericidal abilities of NP-linked antibiotics are hypothesized to result from the greatly-increased densities of antibiotic delivered by each NP to a given bacterial cell (compared with solution concentrations of antibiotic), which overwhelms the bacterial resistance mechanism(s).

結論:

全体として、PenG-NPsの複合体は、MRSAやMDRを含む様々な病原性細菌に対して顕著な活性を示しました。これを「手榴弾仮説」と呼んでいます。このアプローチのさらなる試験と開発により、抗生物質耐性菌感染症の制御に役立つ可能性が検証されることになります。

CONCLUSIONS: As a whole, PenG- NPs complexation demonstrated a remarkable activity against different pathogenic bacteria including MRSA and MDR strains. We term this the "grenade hypothesis". Further testing and development of this approach will provide validation of the potential usefulness for controlling antibiotic-resistant bacterial infections.