Met behulp van een speciale op gallium gebaseerde legering en magnetisme kun je zowel de biofilms van bacteriën als de bacteriën zelf vernietigen, valt te lezen in ACS Nano.

Antibioticaresistentie zorgt ervoor dat veel antibiotica niet meer werken tegen infecties, waaronder de vaak lastig te behandelen biofilminfecties. Daarom zoeken onderzoekers naar nieuwe methoden om bacteriën en hun biofilms te lijf te gaan. Aaron Elbourne, Samuel Cheeseman, Vi Khanh Truong en collega’s van de RMIT University, Melbourne, Australië, hebben een mogelijke oplossing bedacht in de vorm van vloeibare metalen die onder de invloed van een magnetisch veld gaan draaien en van vorm veranderen.

Veel bacteriën vormen een zogenoemde biofilm, een laagje extracellulaire polymere structuren. Dat zorgt voor een driedimensionale matrix die de bacteriën beschermt, waardoor bijvoorbeeld antibiotica hun werk slecht of niet kunnen uitvoeren. De Australiërs zochten daarom een oplossing in fysiek microgeweld.

De legering die de onderzoekers hebben ingezet is Galinstan, ofwel gallium-indium-tin. Deze legering vormt vloeibare nano- en microdruppels die niet aggregeren (zie hoofdafbeelding), omdat er een oxidelaagje ontstaat dat de druppels gescheiden houdt (Cabrera-Mott-oxidatie). Andere voordelen zijn dat de metalen in Galinstan al in medicinaal gebruik zijn en daarom waarschijnlijk weinig risico’s meebrengen.

Elbourne en collega’s onderzochten twee veelvoorkomende bacteriesoorten, Staphylococcus aureus en Pseudomonas aeruginosa, die heel verschillende chemisch samengestelde biofilms produceren. Ze brachten hun Galinstan-druppels in de sterk ontwikkelde biofilms en pasten een magnetisch veld toe met een sterkte die biologische materialen niet beïnvloedt.

Het magnetisme zorgde wel voor beweging en vormverandering bij de vloeibare metalen. Sommigen werden balletjes, anderen staafjes en weer anderen leken op sterren. Doordat ze varieerden in grootte, waren de effecten ook tweezijdig: enerzijds maakten de microdruppels de biofilm zelf kapot, anderzijds konden de nanodruppels met hun nano-uitsteeksels de celwanden van de bacteriën zelf uit elkaar trekken, waardoor de bacteriën stierven (zie afbeelding hieronder). Met deze techniek kregen de onderzoekers een antibacteriële effectiviteit van meer dan 99 %.

Ook testten ze of de Galinstan-deeltjes zelf schadelijk zijn door ze zonder magnetisme bij de biofilms te voegen, maar ze namen geen cytotoxiciteit waar bij de bacteriën. In een aantal voorlopige proeven met mensachtige cellen, bleek dat de deeltjes ook geen effect hadden op normale celgroei: er was geen cytotoxiciteit en het magnetisch behandelen deed daarnaast niks schadelijks. De onderzoekers zijn hoopvol aan het kijken of en hoe ze dit kunnen toepassen in levende organismen, te beginnen met muisstudies.