Microbiologie in hapklare porties
Natuurlijke silicaten tegen bacteriën en kanker
Kanker is wereldwijd de belangrijkste doodsoorzaak. Het wordt in verband gebracht met verschillende factoren, zoals milieu, genetica, virussen, bacteriën, roken, alcohol, enz. Hoewel de meeste bacteriën opportunistisch zijn, kunnen veel bacteriën rechtstreeks kanker veroorzaken; Helicobacter pylori wordt bijvoorbeeld in verband gebracht met maagkanker, Salmonella typhi met galblaaskanker en Chlamydia pneumoniae met longkanker. Tal van bewijzen wijzen op de rol van verschillende bacteriën in het verstoren van de behandeling van kanker door te bemiddelen bij carcinogenese (de vorming van kankercellen) en andere infecties.
Role of bacteria in carcinogenesis
Rol van bacteriën in carcinogenese
De tumormicro-omgeving bestaat voornamelijk uit tumorcellen, immuuncellen, tumorgeassocieerde fibroblasten, de indeling van bloedvaten en extracellulaire componenten. Het speelt niet alleen een belangrijke rol in tumorgroei en metastase, maar beïnvloedt ook de werkzaamheid van antitumortherapieën en medicijnen. Verder biedt het een geschikte omgeving voor bacteriën om te verblijven en te interageren met moleculen van verschillende signaalroutes die carcinogenese beïnvloeden.
Activering van celsignaalroutes door H. pylori en Citrobacter spp. stimuleert bijvoorbeeld celproliferatie en DNA-replicatie. Intracellulaire pathogenen zoals Pseudomonas gingivalis moduleren de expressie van verschillende eiwitten en onderdrukken apoptose in cellen. Gifstoffen geproduceerd door bacteriën, zoals Escherichia coli en Pasteurella multocida, richten zich op eiwitten die angiogenese en celoverleving bevorderen. Naast het helpen van cellen om celdeling te beginnen of het verhogen van de snelheid van celdeling in inactieve cellen, stimuleert P. multocida toxine sterk de groei van kankercellen in afwezigheid van een anker.
Procarcinogene bacteriën initiëren kanker door chronische ontsteking te induceren of door te helpen bij het ontwijken van het immuunsysteem. Een eiwit van Fusobacterium spp. bindt zich bijvoorbeeld aan immuuncellen, waardoor deze minder goed in staat zijn om tumorcellen te doden. Eubacterium rectale bevordert ontstekingen en darmkanker. Bacteroides fragilis bevordert tumorigenese en metastatische progressie bij borstkanker. Sommige bacteriën, zoals Mycoplasma, verminderen de activiteit van het tumorsuppressoreiwit p53.
Daarom is er grote behoefte aan behandelingen tegen kanker die ook antibacteriële eigenschappen hebben. De toenemende antibioticaresistentie van verschillende bacteriestammen vormt echter een grote uitdaging bij het ontwikkelen van innovatieve en effectieve antibacteriële behandelingen.
NANOMATERIALEN TE HULP
Metaalchelaterende verbindingen worden bestudeerd in de vorm van nanomaterialen. Dit komt door hun vermogen om het metabolisme van microbiële metalen te hinderen en belangrijke levensprocessen te belemmeren, zoals celhomeostase, groeipreventie, beperking van hun hechting aan structuren en preventie van in-vivo infectie.
Nanomaterialen kunnen daarom worden gebruikt om kanker te behandelen. Dit is waarom. Ten eerste hebben nanomaterialen efficiënte penetratie- en retentie-effecten die zich effectief richten op kankercellen. Ten tweede kunnen ze gemakkelijk worden aangepast voor gerichte toediening aan tumorweefsels. Ten derde kan het laden van medicijnen op deze nanomaterialen de medicijnen beter oplosbaar maken en minder vatbaar voor afbraak.
Halloysiet nanobuizen (HNT) zijn een opmerkelijk voorbeeld van zulke nanomaterialen. HNT’s zijn natuurlijke kleimaterialen met unieke eigenschappen, hebben grote deeltjesgroottes, zijn zeer stabiel in biologische vloeistoffen, zijn zeer functioneel dankzij de vele hydrofiele hydroxylgroepen, en het belangrijkste: ze zijn betaalbaar.
De dubbele rol van Halloysiet nanobuizen (HNT’s)
In een onderzoek modificeerden onderzoekers HNT met chloorkojizuur en bestudeerden het verkregen HNT-kojizuursysteem met verschillende spectroscopische en microscopische technieken. Kojizuur, een natuurlijke chelaatvormer, wordt geproduceerd door verschillende soorten schimmels, vooral Aspergillus oryzae.
Twee natuurlijke verbindingen, resveratrol en curcumine, werden in verschillende concentraties in het HNT-kojizuursysteem geladen. De antibacteriële activiteit van het systeem werd ook geëvalueerd tegen Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, Streptococcus aureus en Enterococcus faecalis. De antimicrobiële testen wezen uit dat het ontwikkelde HNT-kojizuursysteem uitstekende antibacteriële activiteit vertoonde tegen deze Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriesoorten.
De geneesmiddelbeladingscapaciteit en de inkapselingsefficiëntie van het systeem werden ook geanalyseerd. De Fourier Transform InfraRed (FTIR) spectra van HNTs en het HNT-kojizuursysteem toonden de effectieve functionalisatie van HNT met kojizuur aan. SEM-beelden (Scanning Electron Microscopy) toonden cilindrische buisjes met een grootte van 400 nm en SEM in combinatie met Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDX) toonde de aanwezigheid van aluminium, silicium, zuurstof en koolstof. Inductief Gekoppeld Plasma Massaspectrometrie (ICP/MS) spectra controleerden het ijzer(III)chelaatvormend vermogen van het systeem.
UV-zichtbare spectroscopie toonde aan dat de hoogste inkapselingsefficiëntie werd verkregen bij de hoogste geneesmiddelconcentratie voor zowel resveratrol als curcumine. Verder ontdekten ze dat geneesmiddelen verschillende oplosbaarheden hebben met significante verschillen in hun vrijgiftekinetiekprofiel uit het systeem.
Het ontwikkelde systeem biedt dus inzicht in het gebruik van HNT, een natuurlijk silicaat, als een dubbel middel tegen kanker en bacteriën.
Featured image: Created by the author using Canva.
Additional sources
1. A.J. Lax, and W. Thomas, How bacteria could cause cancer: One step at a time, TRENDS in Microbiology, 10(6), 293-299, 2002. DOI: 10.1016/S0966-842X(02)02360-0.
2. H. Lu, Q. Wang, W. Liu, Z. Wen, and Y. Li, Precision strategies for cancer treatment by modifying the tumor-related bacteria, Applied Microbiology and Biotechnology, 105, 6183-6197, 2021. DOI: 10.1007/s00253-021-11491-9.
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 