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6.14: 6. 14- Physikalische antimikrobielle Kontrolle – Biologie


6.14: 6. 14- Physische antimikrobielle Kontrolle

Bewertung der Carbapenem-Resistenz mit phänotypischen und genotypischen Techniken in Enterobacteriaceae-Isolaten

Hintergrund: Die Antibiotikaresistenz von Bakterien nimmt weltweit zu. Antibiotikaresistente Stämme können zu ernsthaften Problemen bei der Behandlung von Infektionen führen. Carbapenem-Antibiotika sind die letzte Behandlungsoption für Infektionen, die durch schwere und lebensbedrohliche multiresistente gramnegative Bakterien verursacht werden. Daher ist das Verständnis der Carbapenem-Resistenz für die Infektionskontrolle wichtig. In der hier beschriebenen Studie wurden die phänotypischen und genotypischen Merkmale von Carbapenem-resistenten Enterobacteriaceae-Stämmen, die in unserem Krankenhaus isoliert wurden, bewertet.

Methoden: Insgesamt wurden 43 Carbapenem-resistente Stämme in diese Studie eingeschlossen. Die Empfindlichkeit gegenüber Antibiotika wurde mit dem VITEK(®)2-System bestimmt. Zur phänotypischen Identifizierung wurden der modifizierte Hodge-Test (MHT) und der Metallo-β-Lactamase (MBL) antimikrobielle Gradiententest durchgeführt. Die Resistenzgene IMP, VIM, KPC, NDM-1 und OXA-48 wurden durch Multiplex-PCR amplifiziert.

Ergebnisse: Das OXA-48-Gen wurde in sieben Stämmen und das NDM-1-Gen in einem Stamm nachgewiesen. In den übrigen Stämmen wurden keine Resistenzgene nachgewiesen. Es wurde eine signifikante Korrelation zwischen dem MHT-Test und der OXA-48-Positivität sowie zwischen dem MBL-antimikrobiellen Gradiententest und der Positivität für Resistenzgene beobachtet (p < 0,05).

Abschluss: Der Befund eines NDM-1-positiven Isolats in dieser Studie deutet darauf hin, dass sich die Carbapenem-Resistenz in der Türkei ausbreitet. Die Carbapenem-Resistenz breitet sich schnell aus und führt zu Herausforderungen bei der Behandlung und führt zu hohen Mortalitäts-/Morbiditätsraten. Daher ist es notwendig, die Carbapenem-Resistenz in Enterobacteriaceae-Isolaten zu bestimmen und wesentliche Vorsichtsmaßnahmen zur Infektionsbekämpfung zu treffen, um eine Ausbreitung dieser Resistenz zu vermeiden.


Einführung

Zahnplaque ist die Gemeinschaft von Mikroorganismen, die als Biofilm auf einer Zahnoberfläche gefunden werden, eingebettet in eine Matrix aus Polymeren Wirts- und Bakterienursprungs [1, 2]. Von klinischer Relevanz ist die Tatsache, dass Biofilme weniger anfällig für antimikrobielle Wirkstoffe sind, während mikrobielle Gemeinschaften eine erhöhte Pathogenität aufweisen können (pathogener Synergismus) [3]. Die Struktur des Plaque-Biofilms könnte die Penetration antimikrobieller Wirkstoffe einschränken, während Bakterien, die auf einer Oberfläche wachsen, langsam wachsen und einen neuen Phänotyp aufweisen, eine Folge davon ist eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber Inhibitoren [4]. Plaque ist natürlich und trägt (wie die residente Mikroflora aller anderen Körperstellen) zur normalen Entwicklung der Physiologie und Abwehrkräfte des Wirts bei [5].

Entwicklung von Zahnplaque-Biofilmen

Zahnplaque bildet sich über eine geordnete Abfolge von Ereignissen, was zu einer strukturell und funktionell organisierten, artenreichen mikrobiellen Gemeinschaft führt [2]. Zu den verschiedenen Stadien der Plaquebildung gehören: erworbene Häutchenbildung reversible Adhäsion mit schwachen weitreichenden physikalisch-chemischen Wechselwirkungen zwischen der Zelloberfläche und dem Häutchen, die zu einer stärkeren Adhäsin-Rezeptor-vermittelten Anhaftungs-Co-Adhäsion führen können, was zur Anhaftung von sekundären Kolonisatoren an bereits anhaftende Zellen (Cisar – dieses Symposium)[6] Vermehrung und Biofilmbildung (einschließlich der Synthese von Exopolysacchariden) und gelegentlich Ablösung. Das zunehmende Wissen über die Mechanismen der bakteriellen Anheftung und Koadhäsion könnte zu Strategien zur Kontrolle oder Beeinflussung des Musters der Biofilmbildung führen (Cisar – dieses Symposium). Analoge könnten synthetisiert werden, um die Adhäsin-Rezeptor-Anhaftung oder Co-Adhäsion zu blockieren, und die Eigenschaften der kolonisierenden Oberflächen könnten chemisch modifiziert werden, um sie für eine mikrobielle Kolonisation weniger förderlich zu machen. Zellen können jedoch mehrere Arten von Adhäsin exprimieren [7, 8], so dass selbst dann, wenn ein Hauptadhäsin blockiert ist, andere Bindungsmechanismen aufgerufen werden können. Obwohl Adhäsion für die Kolonisation notwendig ist, hängen die endgültigen Anteile einer Spezies innerhalb eines gemischten Kulturbiofilms wie Zahnplaque letztendlich von der Fähigkeit eines Organismus ab, zu wachsen und benachbarte Zellen zu verdrängen.

Einmal gebildet, ist die Gesamtzusammensetzung der Klimax-Gemeinschaft von Plaque vielfältig, wobei viele Arten an einzelnen Standorten nachgewiesen werden. Molekulare Ökologie-Ansätze, bei denen 16S-rRNA-Gene aus Plaqueproben amplifiziert werden, haben >600 bakterielle und Archae Taxa, von denen derzeit etwa 50 % nicht kultivierbar sind [9]. Sobald sich Plaque gebildet hat, ist seine Artenzusammensetzung an einer Stelle durch ein gewisses Maß an Stabilität oder Ausgewogenheit zwischen den Komponentenarten gekennzeichnet, trotz regelmäßiger geringer Umweltbelastungen, z. usw. Diese Stabilität (genannt mikrobielle Homöostase) ist nicht auf eine biologische Gleichgültigkeit zwischen den ansässigen Organismen zurückzuführen, sondern auf ein Gleichgewicht, das durch zahlreiche mikrobielle Interaktionen auferlegt wird, einschließlich Beispiele für sowohl Synergismus als auch Antagonismus [10]. Dazu gehören konventionelle biochemische Wechselwirkungen, wie sie zum Abbau komplexer Wirtsglykoproteine ​​und zum Aufbau von Nahrungsketten notwendig sind, aber auch subtilere Zell-Zell-Signale können auftreten. Diese Signalgebung kann zu einer koordinierten Genexpression innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft führen, und diese Signalgebungsstrategien werden derzeit als potenzielle Angriffspunkte für neue Therapeutika angesehen [11, 12].

Störungen des Zahnbelags

In jedem Ökosystem kann die mikrobielle Homöostase gelegentlich aufgrund einer wesentlichen Änderung eines Parameters, der für die Aufrechterhaltung der ökologischen Stabilität an einem Standort entscheidend ist, zusammenbrechen, was dazu führt, dass zuvor kleinere Komponenten der Gemeinschaft ausgewachsen sind. Eine klinische Folge dieses Zusammenbruchs im Mund kann eine Krankheit sein.

Wichtige Parameter, die die Homöostase im Mund regulieren, sind die Integrität der Wirtsabwehr (einschließlich des Speichelflusses) und die Zusammensetzung der Nahrung [13]. Personen, die regelmäßig Nahrungsbestandteile mit einem hohen Gehalt an fermentierbarem Zucker konsumieren, haben größere Anteile von Mutans-Streptokokken und Laktobazillen in der Plaque, während eine Beeinträchtigung der Neutrophilenfunktion einen Risikofaktor für Parodontalerkrankungen darstellt. Über die Bedeutung bestimmter antimikrobieller Peptide bei der Regulierung der residenten Mikroflora an Stellen im Körper ist viel weniger bekannt, aber eine Verringerung einiger ihrer Aktivitäten kann das Kariesrisiko erhöhen (Dale – dieses Symposium). Sicherlich werden antimikrobielle Peptide als wichtige Komponenten bei der Kontrolle von Mikrobenpopulationen im Mund erkannt, obwohl ihre Rolle komplex ist, da sie multifunktional sind und mehr als nur eine antimikrobielle Wirkung haben, indem sie beispielsweise die angeborenen und adaptiven Arme des Immunsystems miteinander verbinden Antwort [14].

Darüber hinaus könnte die Identifizierung von Faktoren, die die natürliche Homöostase in Plaque während der Gesundheit regulieren, aber, wenn sie gestört werden, die Anreicherung von mutmaßlichen oralen Pathogenen vorantreiben, neue Wege zur Kontrolle der Plaque-Zusammensetzung eröffnen. Die Manipulation dieser ökologischen Einflüsse könnte dazu beitragen, die nützliche mikrobielle Zusammensetzung und die normale metabolische Aktivität von Plaque-Biofilmen aufrechtzuerhalten und konventionellere Ansätze zur Kontrolle von Karies zu ergänzen. Diese Konzepte werden im weiteren Verlauf dieser Arbeit untersucht.

Zahnbelag und Krankheiten

Zahlreiche Studien wurden durchgeführt, um die Zusammensetzung der Plaque-Mikroflora von erkrankten Stellen zu bestimmen, um zu versuchen, diejenigen Arten zu identifizieren, die direkt an der Pathologie beteiligt sind. Die Interpretation der Daten aus solchen Studien ist schwierig, da Plaque-vermittelte Erkrankungen an Stellen mit einer vorbestehenden vielfältigen residenten Mikroflora auftreten und die mit der Kariogenität assoziierten Merkmale (Säureproduktion, Säuretoleranz, intrazelluläre und extrazelluläre Polysaccharidproduktion) nicht auf a . beschränkt sind einzelne Arten. Ein Vergleich der Eigenschaften von Stämmen, die mehrere Streptokokken-Spezies repräsentieren, hat eine beträchtliche Überlappung in der Expression dieser kariogenen Merkmale gezeigt [15] (siehe unten). Mikroorganismen in Biofilmen wie Plaque stehen in engem physischen Kontakt, was die Wahrscheinlichkeit von Wechselwirkungen erhöhen kann, von denen einige das pathogene Potenzial kariogener Bakterien modulieren können (zum Beispiel Kuramitsu und Wang – dieses Symposium). In ähnlicher Weise können die Folgen der Säureproduktion durch kariogene Spezies durch die Entwicklung von Nahrungsketten mit Veillonella spp., oder durch Basenproduktion durch Nachbarorganismen. Es überrascht daher nicht, dass es nur begrenzten Erfolg gab, das Vorhandensein spezifischer Spezies als diagnostische oder prognostische Indikatoren für Krankheiten zu verwenden. Das Aufkommen von Microarrays, bei denen das Vorhandensein aller möglichen Gruppen von Mikroorganismen in Plaque bestimmt werden kann, kann es ermöglichen, bestimmte Mikrobenprofile (oder molekulare "Signaturen") zu identifizieren, die mit Karies oder Parodontitis korrelieren (Stahl, dieses Symposiums), obwohl möglicherweise auch Marker für biochemische Aktivität benötigt werden.

Trotz all dieser Probleme haben klinische Studien gezeigt, dass Karies mit einem Anstieg des Anteils von acidogenen und acidurischen (säuretoleranten) Bakterien, insbesondere Mutans-Streptokokken (wie z S. mutans und S. sobrinus) und Laktobazillen, die den Zahnschmelz demineralisieren können [16–19]. Diese Bakterien können Nahrungszucker schnell in Säure umwandeln, wodurch lokal ein niedriger pH-Wert entsteht. Diese Organismen wachsen und verstoffwechseln optimal bei niedrigem pH-Wert. Unter solchen Bedingungen werden sie wettbewerbsfähiger, während die meisten Arten, die mit der Gesundheit des Zahnschmelzes in Verbindung stehen, empfindlich auf saure Umweltbedingungen reagieren. Obwohl Mutans-Streptokokken stark mit Karies in Verbindung gebracht werden, ist die Assoziation jedoch nicht eindeutig. Karies kann in Abwesenheit dieser Spezies auftreten, während Mutans-Streptokokken ohne Nachweis einer nachweisbaren Demineralisierung persistieren können [20, 13]. Tatsächlich sind unter solchen Umständen einige azidogene Nicht-Mutans-Streptokokken mit der Krankheit in Verbindung gebracht [18, 21, 22]. Detaillierte Studien der glykolytischen Aktivität einer großen Anzahl oraler Streptokokken haben gezeigt, dass einige Stämme von Nicht-Mutans-Streptokokken (z. S. mitis Biovar 1 und S. oral) kann Zucker bei einem mäßig niedrigen pH-Wert in der Umgebung immer noch zu Säure metabolisieren, und zwar mit Geschwindigkeiten, die mit denen von Mutans-Streptokokken vergleichbar sind[15].


Verständnis der Mechanismen und Treiber der Antibiotikaresistenz

Um die Bedrohung der menschlichen Gesundheit und der Biosicherheit durch antimikrobielle Resistenzen zu bekämpfen, ist ein Verständnis ihrer Mechanismen und Triebkräfte erforderlich. Das Auftreten antimikrobieller Resistenzen bei Mikroorganismen ist ein natürliches Phänomen, doch wurde die Selektion antimikrobieller Resistenzen durch die antimikrobielle Exposition im Gesundheitswesen, in der Landwirtschaft und in der Umwelt vorangetrieben. Die Weiterübertragung wird durch Standards für Infektionskontrolle, Hygiene, Zugang zu sauberem Wasser, Zugang zu gesicherten antimikrobiellen Mitteln und Diagnostika, Reisen und Migration beeinflusst. Strategien zur Verringerung der antimikrobiellen Resistenz allein durch die Beseitigung des antimikrobiellen Selektionsdrucks beruhen darauf, dass die Resistenz Fitnesskosten verursacht, ein Effekt, der nicht immer offensichtlich ist. Die Minimierung von Resistenzen sollte daher umfassend betrachtet werden, je nach Resistenzmechanismus, Mikroorganismus, antimikrobiellem Wirkstoff, Wirt und Kontext Sektoren. Intelligente, integrierte Ansätze, die potenzielle unbeabsichtigte Ergebnisse berücksichtigen, sind erforderlich, um einen dauerhaften weltweiten Zugang zu wirksamen antimikrobiellen Mitteln zu gewährleisten.


Natürliche tiefeutektische Lösungsmittel (NADES) sind eine dritte Klasse von Flüssigkeiten, getrennt von Wasser und Lipiden. Einigen NADES, insbesondere solchen, die organische Säuren enthalten, wurden antimikrobielle Eigenschaften zugeschrieben. Solche Eigenschaften können vorteilhaft sein, wenn NADES als Lösungsmittel z.B. antimikrobielle photodynamische Therapie. Um jedoch die Toxizität von säurehaltigen NADES zu kontrollieren, müssen sie ihre spezifischen Eigenschaften bei Verdünnung beibehalten. Ziel dieser Studie war es daher, den Einfluss der Verdünnung auf das säurehaltige NADES-Netzwerk, ihre antimikrobielle Aktivität auf verschiedene planktonische Mikroorganismen und ihren Einfluss auf die Phototoxizität bei Verwendung als Lösungsmittel für einen Photosensibilisator zu untersuchen. Vier Bakterien und ein Pilz wurden NADES, CS (Zitronensäure:Saccharose) und MFG (Äpfelsäure:Fruktose:Glucose) (Molverhältnis 1:1 bzw. 1:1:1) in einer Verdünnung von ≤ 1:200 ausgesetzt . Darüber hinaus wurden die antimikrobiellen Eigenschaften von NADES untersucht in Escherichia coli in Bezug auf pH-Wert und chelatisierende Wirkung. Bei Untersuchungen zur Phototoxizität wurden die Mikroorganismen dem Photosensibilisator Mesotetra (P-Hydroxyphenyl)porphin (THPP 1 nM), gelöst in verdünntem NADES, kombiniert mit blauem Licht (27 J/cm 2 ). Das eutektische Netzwerk schien bei einer Verdünnung von ≤ 1:200 zu bestehen. CS (1:200) war weniger toxisch als eine gleiche Konzentration von Zitronensäure in den gramnegativen Bakterien Klebsiella pneumoniae und E coli (P < 0,05). Ein höherer Grad an Phototoxizität wurde induziert E coli (

1 % Überleben), wenn THPP in CS oder MFG gelöst wurde als in Phosphatpuffer (

61 % Überleben P < 0,05). Es konnte keine Schlussfolgerung gezogen werden, ob die beobachtete Toxizität in E coli NADES ausgesetzt war, war auf den pH-Wert der Lösungen oder die Chelatbildung von an die äußere Membran gebundenen Kationen zurückzuführen.


Auswirkungen von Bewegungsmangel auf die wichtigsten nicht übertragbaren Krankheiten weltweit: eine Analyse der Krankheitslast und der Lebenserwartung

Hintergrund: Starke Beweise zeigen, dass körperliche Inaktivität das Risiko vieler nachteiliger Gesundheitszustände erhöht, einschließlich wichtiger nicht übertragbarer Krankheiten wie koronare Herzkrankheit, Typ-2-Diabetes sowie Brust- und Dickdarmkrebs und die Lebenserwartung verkürzt. Da ein Großteil der Weltbevölkerung inaktiv ist, stellt diese Verbindung ein großes Problem der öffentlichen Gesundheit dar. Unser Ziel war es, die Auswirkungen von körperlicher Inaktivität auf diese großen nicht übertragbaren Krankheiten zu quantifizieren, indem wir abschätzen, wie viele Krankheiten vermieden werden könnten, wenn inaktive Menschen aktiv würden, und um die Zunahme der Lebenserwartung auf Bevölkerungsebene abzuschätzen.

Methoden: Für unsere Analyse der Krankheitslast haben wir bevölkerungsbezogene Fraktionen (PAFs) im Zusammenhang mit körperlicher Inaktivität unter Verwendung konservativer Annahmen für jede der wichtigsten nicht übertragbaren Krankheiten nach Ländern berechnet, um abzuschätzen, wie viel Krankheit abgewendet werden könnte, wenn körperliche Inaktivität beseitigt würde. Wir verwendeten eine Sterbetafelanalyse, um den Anstieg der Lebenserwartung der Bevölkerung abzuschätzen.

Ergebnisse: Weltweit schätzen wir, dass körperliche Inaktivität 6% (von 3,2% in Südostasien bis 7,8% im östlichen Mittelmeerraum) der Krankheitslast durch koronare Herzkrankheiten verursacht, 7% (3,9-9· 6) von Typ-2-Diabetes, 10 % (5,6-14,1) von Brustkrebs und 10 % (5,7-13,8) von Dickdarmkrebs. Inaktivität verursacht 9 % (Bereich 5,1-12,5) der vorzeitigen Sterblichkeit oder mehr als 5,3 Millionen der 57 Millionen Todesfälle, die 2008 weltweit aufgetreten sind. Wenn Inaktivität nicht beseitigt, sondern stattdessen um 10 % oder 25 . verringert würde % könnten jährlich mehr als 533 000 bzw. mehr als 1,3 Millionen Todesfälle abgewendet werden. Wir schätzten, dass die Eliminierung von körperlicher Inaktivität die Lebenserwartung der Weltbevölkerung um 0,68 (Bereich 0,41–0,95) Jahre erhöhen würde.

Interpretation: Körperliche Inaktivität hat weltweit einen großen Einfluss auf die Gesundheit. Eine Verringerung oder Beseitigung dieses ungesunden Verhaltens könnte die Gesundheit erheblich verbessern.

Finanzierung: Keiner.

Interessenkonflikt-Erklärung

Wir erklären, dass kein Interessenkonflikt besteht. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen in diesem Bericht sind die der Autoren und geben nicht unbedingt die offizielle Position der Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten wieder.


Antibakterielle Eigenschaften funktionalisierter Goldnanopartikel und ihre Anwendung in der Oralbiologie

4 Fujian Key Laboratory of Oral Diseases, Fujian Biological Materials Engineering and Technology Center of Stomatology, School and Hospital of Stomatology, Fujian Medical University, Fuzhou 350004, China

Abstrakt

Da bakterielle Resistenzen immer gravierender werden, ist die Entwicklung antibakterieller Nanomaterialien eine effektive Methode, dieses Problem zu lösen. Gold-Nanopartikel haben eine gute Stabilität und ausgezeichnete Biokompatibilität und lassen sich leicht modifizieren, und ihre antibakteriellen Eigenschaften können durch Veränderung ihrer Struktur und Größe oder Zugabe von Inhaltsstoffen verbessert werden. Goldnanopartikel sind auch ausgezeichnete Wirkstoffträger, die die antibakterielle Wirkung von beladenen antibakteriellen Wirkstoffen verbessern können. Nach Modifizierung und Kombination mit anderen antibakteriellen Wirkstoffen können Goldnanopartikel auch eine bessere antibakterielle Rolle für wirksame antibakterielle Strategien gegen einige resistente Bakterien spielen. Goldnanopartikel haben photothermische Wirkungen, und modifizierte Goldnanopartikel können ein gutes Medium für photothermische Behandlungen sein, um Bakterien abzutöten. Durch die Zugabe von funktionell modifizierten Goldnanopartikeln können viele Materialien dringend benötigte antibakterielle Eigenschaften erhalten. Goldnanopartikel können auch mit Kationen, Niedertemperaturplasma, verschiedenen Oberflächenliganden und anderen potentiellen antibakteriellen Wirkstoffen kombiniert werden. Kurz gesagt, die antibakteriellen Eigenschaften funktionalisierter Goldnanopartikel zeigen, dass sie einen erheblichen praktischen Anwendungswert haben und liefern weitere Ideen zur Lösung antibakterieller Probleme. Gleichzeitig nimmt auch die Anwendung von Gold-Nanopartikeln in der oralen Biologie zu.

1. Einleitung

Aufgrund der Entstehung und Verbreitung von Arzneimittelresistenzen bei bakteriellen Krankheitserregern verlieren Antibiotika oft mit der Zeit ihre Wirksamkeit. Die sogenannte „Antibiotika-Resistenzkrise“ und iatrogene Infektionen durch arzneimittelresistente Bakterien verursachen zusätzliche medizinische Kosten von bis zu Milliarden Dollar jährlich [1–3]. Angesichts dieser immer ernster werdenden Situation ist die Entdeckung neuer antibakterieller Wirkstoffe und therapeutischer Strategien dringend erforderlich. Nanopartikel bieten aufgrund ihrer eigenen einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften eine universelle Plattform für therapeutische Anwendungen und ermöglichen die Behandlung arzneimittelresistenter Bakterien [3, 4]. Es wird erwartet, dass die antibakterielle Aktivität von Nanomaterialien wie Silber, Gold, Kupfer, Titan, Zinkoxid und Magnesiumoxid ein Ersatz für antibakterielle Mittel wird [5].Die einzigartigen Eigenschaften von Gold-Nanomaterialien wie ihre einstellbare Größe, Form, Oberflächeneigenschaften, optische Eigenschaften, Biokompatibilität, geringe Zytotoxizität, hohe Stabilität und ihr multifunktionales Potenzial machen sie in vielen Bereichen der Medizin attraktiv [6]. Aufgrund ihrer Nanostruktur, ihres hohen Oberflächenvolumens und ihrer Biokompatibilität haben einige Wissenschaftler bereits Gold-Nanopartikel (BSP) in Experimenten zu Zahnfleischerkrankungen, Karies, Tissue Engineering, Zahnimplantologie und Krebsdiagnose eingesetzt. GNP hat antimykotische und bakterielle Aktivität, so dass es in bestimmte biologische Materialien eingearbeitet werden kann, um dem Material antibakterielle Eigenschaften zu verleihen, wodurch der Anwendungswert des Materials verbessert wird [7]. Antibakterielle Medikamente können über nichtkovalente oder kovalente Bindungen an Nanopartikel binden, indem Gold-Nanopartikel als Träger für antibakterielle Medikamente verwendet werden, sodass antibakterielle Medikamente effektiver an den Wirkort gelangen und ihre antibakterielle Wirkung verbessern. Goldnanopartikel haben photothermische Effekte, die unter kontinuierlicher Laserbestrahlung eine sterilisierende Rolle spielen können [2, 4, 8]. Gold gilt als ungiftiges Nanomaterial, die zur Herstellung und Modifikation verwendeten Stoffe können jedoch giftig sein. Diese Toxizität kann sich manifestieren, wenn die Konzentration von Gold-Nanopartikeln hoch ist, aber Gold-Nanopartikel haben eine offensichtliche antibakterielle Wirkung. Bei bestimmten Konzentrationen zeigten sie keine toxischen Wirkungen auf normale Zellen [2, 4, 9, 10]. Modifizierte Gold-Nanopartikel zeigen nicht nur eine gute antibakterielle Aktivität gegen Standardstämme, sondern auch eine einzigartige antibakterielle Aktivität gegen multiresistente Bakterien. Nach mehreren Kultivierungsgenerationen ist es nicht einfach, gegen Gold-Nanopartikel resistente Bakterien zu induzieren [11]. Heutzutage, mit der rasanten Entwicklung der Nanowissenschaft und Nanotechnologie, hat es andere Lösungen als traditionelle Methoden vorgeschlagen, damit Menschen verschiedene Krankheiten diagnostizieren, widerstehen und überwinden können. Gegenwärtig wurden Metall-Nanopartikel entwickelt, hauptsächlich Silber- und Gold-Nanopartikel (AgNPs bzw. AuNPs), die auf viele Aspekte im medizinischen und pharmazeutischen Bereich angewendet werden können, darunter antibakteriell, antibiofilm, Wirkstoffabgabesysteme, Diagnosewerkzeuge und Personal Pflegeprodukte und Kosmetika [12]. Dieser Artikel fasst in erster Linie die jüngsten Forschungsfortschritte zu funktionalisierten Goldnanopartikeln in gemischten antibakteriellen Mitteln und die Anwendung von Goldnanopartikeln in der oralen Biologie zusammen. Wir erläutern kurz Synthesemethoden, antibakterielle Wirkungen, antibakterielle Mechanismen, Anwendungen in der Oralbiologie und Mängel, um eine Referenz für zukünftige Forschungen bereitzustellen.

2. Methoden zur Synthese von Goldnanopartikeln

In den letzten Jahren, sei es in den Bereichen Biomedizin, Lebensmittel oder Elektronik, hat der Einsatz von Nanotechnologie und Nanomaterialien zugenommen. Goldnanopartikel (AuNPs) sind einer der wichtigen Zweige der Nanometallforschung. Zur Synthese von Gold-Nanopartikeln stehen derzeit mehr als 1.000 Methoden zur Verfügung [13, 14]. Die Bildung von Nanopartikeln durch Zersetzung energiereicher Strahlung oder Elektronenbeschuss auf Basis der Transmissionselektronenmikroskopie ist weithin bekannt. Es gibt verschiedene Methoden zur Synthese von Goldnanopartikeln, einschließlich chemischer Synthese, physikalischer Synthese und Biosynthese. In letzter Zeit sind innovative und umweltfreundliche Methoden auf der Grundlage der Nanotechnologie entstanden, die hauptsächlich biologische Ressourcen nutzen, um Nanostrukturen mit einzigartigen antibakteriellen Eigenschaften herzustellen. Zu diesem Zweck haben Rónavári et al. biosynthetisierte Goldnanopartikel mit zellfreiem Extrakt aus Erythrozytenhefe R. cerevisiae [fünfzehn]. Für einen umweltfreundlichen Ansatz enthalten natürliche Pflanzenextrakte eine Vielzahl von Metaboliten, darunter Kohlenhydrate, Alkaloide, Terpene, Phenolverbindungen und Enzyme. Biomoleküle in Pflanzenextrakten können durch einen einstufigen und umweltfreundlichen Syntheseprozess Metallionen zu Nanopartikeln reduzieren [16]. Fierascuet al. beschrieben die pflanzenvermittelte Synthese von Metall-Nanostrukturen (Gold und Silber) unter Verwendung eines Ethanolextrakts von Melissa officinalis L. (erhalten durch beschleunigte Lösungsmittelextraktion) [17]. In der Studie haben Doan et al. nutzten den Wasserextrakt aus Abfallmaiskolben, um kostengünstige und umweltfreundliche Silber- und Goldnanopartikel herzustellen. Die Bildung von Metallnanopartikeln (MNP) wird durch die UV-Vis-Methode optimiert. Goldnanopartikel (CC-AuNPs) zeigen eine hohe antibakterielle Aktivität gegen drei Bakterienstämme, darunter Salmonella typhimurium, Bacillus cereus und Staphylococcus aureus [18]. Gold-Nanoschalen haben auch interessante physikalische Eigenschaften, einschließlich optischer und Oberflächenplasmonenresonanz, die während des Syntheseprozesses angepasst werden können, was Gold-Nanoschalen ein erhebliches Potenzial in der Nanomedizin verleiht [19].

3. Antibakterielle Wirkung von Gold-Nanomaterialien

3.1. Antibakterielle Wirkung von Reingold-Nanopartikeln

Einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, Trinatriumcitrat (TSC) als erstes Reduktionsmittel und Chlorogensäure (CGA) als zweites Reduktionsmittel zu verwenden, um schnell und einfach Goldnanopartikel (CGA-AuNPs) mit unterschiedlichen Partikelgrößen zu synthetisieren. Sowohl CGA-AuNPs als auch CGA haben eine ausgezeichnete antibakterielle Aktivität. Auch ohne Zusatz anderer Stabilisatoren können die synthetisierten CGA-AuNPs auch nach 26 Tagen noch gut erhalten bleiben [20]. Murphinet al. gelang die grüne Synthese von dispergierten quaderförmigen Goldnanopartikeln unter Verwendung von Algen. Ein antibakterieller Test zeigte, dass die synthetisierten Gold-Nanopartikel ein gewisses Potenzial für humanpathogene, E coli, und Staphylococcus aureus [21]. Aliet al. nutzten die Stängel der ayurvedischen Heilpflanze Tinospora cordifolia zur Synthese von Goldnanopartikeln (AuNPs) und untersuchten die Wirkung von AuNPs auf den Biofilm von Pseudomonas aeruginosa PAO1. Die Ergebnisse zeigen, dass grüne synthetische AuNPs als wirksame Nanoantibiotika zur Bekämpfung von biofilmbedingten Infektionen durch Pseudomonas aeruginosa eingesetzt werden können [22]. Mocanet al. nutzten Licht, um durch nasschemische Standardverfahren synthetisierte Goldnanopartikel zu stimulieren, und trugen sie dann weiter auf MRSA-Bakterien auf, um die MRSA-Nekroserate in einer kurzen Kultivierungszeit zu erhöhen [23]. Singh et al. nutzten den wässrigen Extrakt des C. sativa-Stamms, um Gold-Nanopartikel ohne zusätzliche Reduktions-, Stabilisierungs- und Verkappungsmittel zu synthetisieren. Die synthetisierten Nanopartikel waren kristallin mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 12 und 18 nm und zeigten bakterizide Wirkungen gegen Pseudomonas aeruginosa und Escherichia coli. [24]. Arafaet al. berichteten über In-vitro- und In-vivo-Studien, die zeigen, dass wärmeempfindliche AuNP-Gele eine bestimmte Bioverfügbarkeit, Hautdurchlässigkeit sowie antibakterielle und entzündungshemmende Wirkungen aufweisen [25].

3.2. Antibakterielle Wirkung funktionalisierter Goldnanopartikel

Die Ansichten der Forscher zur antibakteriellen Wirkung von Nanopartikeln aus reinem Gold sind nicht einheitlich. Viele Wissenschaftler glauben, dass reine Nanogold-Partikel keine antibakterielle Wirkung haben oder die Wirkungen nicht offensichtlich sind. Zhanget al. fanden heraus, dass Goldnanopartikel bei hohen Konzentrationen im Allgemeinen keine oder nur schwache bakterizide Wirkung haben. Goldnanopartikel können bakterizide Wirkungen haben, da die in Goldnanopartikeln koexistierenden Chemikalien (Goldionen, Oberflächenbeschichtungsmittel und Chemikalien, die an der Synthese beteiligt sind) nicht vollständig entfernt werden [26]. Buryginet al. verwendeten verschiedene Methoden, um die Wirkung von 15 nm großen Goldnanopartikeln auf die antibakterielle Aktivität von Gentamicin zu untersuchen. Innerhalb des experimentellen Fehlerbereichs wurden keine Unterschiede in der antibakteriellen Aktivität von Gentamicin und Gentamicin-Gold-Nanopartikel-Mischungen bei verschiedenen Konzentrationen von Gentamicin und Partikeln gefunden. Im Konjugat präzipitierte Gold-Nanopartikel hatten keine antibakterielle Aktivität, während die Gentamicin-Gold-Nanopartikel-Mischung und der freie Gentamicin-Überstand die gleiche Aktivität aufwiesen [27]. Daten von Payne et al. zeigten, dass Citrat-Gold-Nanopartikel im Vergleich zu Kanamycin-Gold-Nanopartikeln keine antibakterielle Aktivität aufwiesen. Unabhängig vom Mechanismus scheinen Goldnanopartikel auf die Bindung an aktive Antibiotika angewiesen zu sein [28]. Braunet al. berichteten, dass reine Goldnanopartikel keine antibakterielle Wirkung haben, aber als gute Antibiotika-Wirkstoffabgabesysteme verwendet werden können. Gold-Nanopartikel haben nur dann antibakterielle Eigenschaften, wenn Ampicillin an ihre Oberflächen bindet. Ampicillin-funktionalisiertes AuNP ist ein wirksames Breitbandfungizid, das gramnegativen und grampositiven Bakterien widerstehen kann [29]. Alsamharyet al. verwendeten Flavonoidglycerin als Reduktionsmittel und Verkappungsmittel für synthetische Goldnanopartikel (AuNPs). Darüber hinaus wurde die antibakterielle Wirksamkeit von synthetischem AuNP gegen opportunistische bakterielle Krankheitserreger untersucht, die Atemwegsinfektionen verursachen. Antibakterielle Studien bestätigten die antibakterielle Breitbandaktivität von AuNPs gegen die getesteten grampositiven und gramnegativen Bakterien [30]. Mohamady Husseinet al. berichteten über eine grüne Synthesemethode von Gold-Chitosan-Hybrid-Nanopartikeln (Au-CS-hNPs) unter Verwendung verschiedener Konzentrationen von CS als Verkappungsmittel/Reduktionsmittel, um die physikalisch-chemischen Eigenschaften der entwickelten Au-CS-hNPs durch CS-Konzentration und antibakterielle Aktivität zu untersuchen. Seine antibakterielle Aktivität ist proportional zur Menge an CS, die im Herstellungsverfahren verwendet wird. Eine große Menge an CS ist erforderlich, um hochstabiles Au-CS-hNP mit geringer Größe, einheitlicher Form und starken antibakteriellen/antimykotischen Eigenschaften herzustellen [31]. Daher ist die antibakterielle Wirkung von reinen Gold-Nanopartikeln nicht ideal, kann aber als guter aktiver Träger verwendet werden. Nach der Modifikation kann die antibakterielle Wirkung verbessert werden. Funktionalisierte Goldnanopartikel (GNPs) mit kontrollierten geometrischen und optischen Eigenschaften sind Gegenstand umfangreicher Forschung und biomedizinischer Anwendungen. Gold-Nanopartikel können als Wirkstoffträger eingesetzt werden, um gezielt Wirkstoffe bereitzustellen oder zu transportieren und können wichtige Probleme wie Multidrug-Resistenz lösen. Auch multifunktionale Kompositmaterialien auf Goldbasis können für die Kombinationstherapie eingesetzt werden [32]. Govindarajuet al. berichteten über eine neue Methode zur Synthese von Glucosamin-funktionalisierten Goldnanopartikeln. Während der Experimente wurden Gold-Nanopartikel ultraviolettem und Laserlicht ausgesetzt. Die Ergebnisse zeigten, dass funktionalisierte Goldnanopartikel und ultraviolett- und laserbestrahlte Goldnanopartikel eine bessere antibakterielle Wirkung hatten als reine Goldnanopartikel [33]. Bajajet al. beobachteten, dass Goldnanopartikel am Ende von Peptiden in natürlichen Peptiden und ungebundenen Metallnanopartikeln eine höhere antibakterielle und antimykotische Wirkung hatten als Goldnanopartikel am Ende von Peptiden. Sie fanden heraus, dass die Abtötungswirkung von mit kationischem Peptid (1-His-1-Arg-OMe) bedeckten Goldnanopartikeln sogar besser war als bei bekannten Antibiotika [34]. Jianget al. berichteten, dass Goldnanopartikel keine antibakterielle Aktivität aufweisen, aber durch Modifizieren ihrer Oberfläche oder Herstellen von Gold- und Platin-bimetallischen Nanopartikeln mit unterschiedlichen Zusammensetzungsverhältnissen können das antibakterielle Spektrum und die antibakteriellen Eigenschaften von Nanopartikeln angepasst werden. Wenn Mercaptopyrimidinmoleküle, die keine antibakterielle Aktivität aufweisen, auf der Oberfläche von Goldpartikeln modifiziert werden, zeigen die Goldnanopartikel eine gute antibakterielle Aktivität gegen gramnegative Bakterien und multiresistente negative Bakterien. Es wurde auch berichtet, dass eine Klasse von nicht antibiotischen Medikamenten und Goldnanopartikeln, die mit Mercaptopyrimidin beschichtet sind, eine antibakterielle und bakterizide Breitbandwirkung auf Superbakterien haben kann [8]. Wanget al. entwarfen antibakterielle Peptid/Triclosan-kommodifizierte Gold-Nanopartikel. Sie hatten eine bessere antibakterielle Wirkung als reine Goldnanopartikel [35]. Tianet al. fanden heraus, dass die alleinige Verwendung von niedermolekularen Analoga oder unmodifizierten Goldnanopartikeln keine antibakterielle Aktivität ergab und die modifizierten Goldnanopartikel nur eine gute antibakterielle Aktivität gegen Standardstämme zeigten. Multiresistente Bakterien haben auch einzigartige antibakterielle Aktivitäten. Nach einer Mehrgenerationenkultur ist es nicht einfach, gegen Gold-Nanopartikel resistente Bakterien zu induzieren [11].

3.2.1. Arzneimittel transportieren

Jabiret al. verwendeten modifizierte Glutathion-Gold-Nanopartikel als Wirkstoffabgabesystem für Linalool. Linalool allein hatte eine geringe Aktivität gegen Gram-positive und Gram-negative Bakterien, aber die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass Linalool-Gold-Nanopartikel (LIN-GNPs) gegen Gram-positive Bakterien wirksam waren. Der Funktionsmechanismus von LIN-GNP wirkt auf die bakterielle Zellmembran, was zu einem Integritätsverlust und einer erhöhten Zellwandpermeabilität und Stimulation der ROS-Produktion führt, was zu bakteriellen Nukleinsäureschäden führt [36]. Linet al. kombinierte mesoporöses Siliziumdioxid mit hervorragender Leistung als Nanowirkstoffträger und einen goldenen Nano-Doppelkonus mit einzigartigen photothermischen Eigenschaften, um ein intelligentes Wirkstoffbeladungssystem mit zwei hybriden Nanopartikeln für die antibakterielle Aktivität von Parodontalpathogenen zu konstruieren. Nach 24-stündigem Rühren des antibakteriellen Wirkstoffs mit dem Träger erreichte die Wirkstoffbeladungseffizienz 76,5 %, was seine ausgezeichnete Wirkstoffbeladungskapazität bestätigt. Experimente zeigten, dass die Bestrahlung mit Nahinfrarotlicht die kumulative Freisetzung von Arzneimitteln signifikant erhöhen kann und eine gute Nahinfrarotantwort hat. Antibakterielle Experimente bestätigten weiterhin, dass die Verwendung dieses Trägers zum Tragen von Medikamenten das Bakterienwachstum mit einer Hemmungsrate von 90% signifikant hemmte [37]. Zhao und Jiang luden kleine Wirkstoff-Vorläufermoleküle auf Gold-Nanopartikel. Experimente bestätigten, dass die Nanopartikel gute antibakterielle Wirkungen auf gramnegative Standardbakterien und multiresistente klinische Isolate hatten. Im Vergleich zu kommerziellen Antibiotika entwickelt diese Art von Nanogold selten Arzneimittelresistenzen. Weitere Studien zeigten, dass Gold-Nanopartikel die Struktur der bakteriellen Zellmembranen zerstörten, wodurch der Zellinhalt austrat und zum Tod der Bakterien führte. In hohen Konzentrationen haben Goldnanopartikel jedoch keine signifikante Toxizität für menschliche Primärzellen, so dass der nano-antibakterielle Wirkstoff voraussichtlich in der klinischen Behandlung eingesetzt wird [38]. Caoet al. verwendeten Gold-Nanopartikel als Träger für schallempfindliche Medikamente (Ciprofloxacin) in SACT. Sie fanden heraus, dass die Goldnanopartikel unter niedriger Konzentration von Ciprofloxacin, verlängerten Ultraschallzeiten und erhöhten Temperaturen die bakteriostatische Wirkung von Ciprofloxacin und Ultraschall auf E coli, woraus geschlossen wird, dass AuNPs eine gewisse fördernde Wirkung auf die bakteriostatische Wirkung von SACT haben [39]. Kalitaet al. berichteten über ein effizientes antibakterielles Hybrid, das durch Oberflächenfunktionalisierung von Lysozym-bedeckten Goldnanoclustern mit β-Lactam-Antibiotikum Ampicillin. Das hergestellte Hybrid machte MRSA nicht nur resistent gegen Ampicillin, sondern zeigte auch eine verstärkte antibakterielle Aktivität gegen nicht resistente Bakterienstämme [40].

Antimikrobielle Peptide (AMPs) sind eine interessante Klasse von Antibiotika. Im Vergleich zu herkömmlichen Antibiotika weisen sie einzigartige antibiotische Aktivitäten und Entwicklungstrends mit geringer Resistenz auf. AMPs und Peptide mit AMP-Konjugaten sind zunehmend in den Fokus der Forschung gerückt [41]. Anwar et al. berichteten, dass die Kombination von Gold-Nanopartikeln zu einer verstärkten biologischen Aktivität von Nystatin und Fluconazol (einem klinisch verfügbaren Medikament zur Behandlung von Amöben- und Pilzinfektionen) und Amphotericin B führte, das eine wichtige Rolle bei der Behandlung von Pilzinfektionen spielt [42]. Patras et al. berichteten, dass synthetisierte Goldnanopartikel bei gleichzeitiger Verabreichung mit den Standardantibiotika Kanamycin und Rifampicin eine potenzielle antibakterielle Aktivität gegen fünf durch Lebensmittel übertragene Krankheitserreger und eine hohe synergistische Aktivität zeigten. Sie zeigten auch ein antioxidatives und antiproteasehemmendes Potenzial [43]. Yanget al. schlugen Goldnanopartikel (AuNPs) basierend auf polyvalenten Aminozuckern vor, um Wunden zu behandeln, die mit Superbakterien infiziert sind. Unter Verwendung von d-Glucosamin (GluN) zur Modifizierung von Goldnanopartikeln (AuNPs) wurden AuNPs basierend auf polyvalenten Aminozuckern synthetisiert. Au_GluN schädigt die roten Blutkörperchen außerhalb des Körpers nicht, hat aber auch eine ausgezeichnete Wundheilungsfähigkeit durch Superbakterien-Infektionen [44].

3.2.2. Gemeinsame antibakterielle Mittel

Ampicillin-funktionalisiertes AuNP, hergestellt von Brown et al. war ein wirksames Breitbandfungizid, das gramnegativen und grampositiven Bakterien widerstehen kann. Diese Funktionalisierungsmethode nutzt hauptsächlich die Fähigkeit von Ampicillin, die äußere Membran von Bakterien zu durchdringen. Nanopartikel dringen in die Bakterien ein, um eine antibakterielle Wirkung zu erzielen. Diese kombinierte antibakterielle Wirkung kann ampicillinresistente Bakterien zerstören [29]. Chavanet al. synthetisierten Ampicillin-terminierte Goldnanopartikel (Amp-Au-NPs) und untersuchten ihre Wechselwirkung mit Bakterienzellen. Bei diesem Syntheseverfahren wirkt die primäre Amingruppe von Ampicillin sowohl als Reduktionsmittel als auch als Verkappungsmittel. Das Nanogold behält nicht nur hohe antibakterielle Eigenschaften gegen Ampicillin-empfindliche Bakterien, sondern erweist sich auch gegen Ampicillin-resistente Bakterien als wirksam [45]. Wanget al. verwendeten eine Schwefel-Gold (S-Au)-Bindung, um ein Cystein-modifiziertes antimikrobielles Peptid und das antimikrobielle Breitbandwirkstoff Triclosan (TCS) mit Gold-Nanopartikeln zu verbinden, um neue Arten von antimikrobiellen Peptid/Triclosan-doppelt modifizierten Gold-Nanopartikeln in Kombination mit antibakteriellen Wirkstoffen herzustellen , Verbesserung der therapeutischen Wirkungen und Verringerung der Menge an antibakteriellen Arzneimitteln, wodurch die Nebenwirkungen der Arzneimittel verringert werden. In einem antibakteriellen Experiment mit Vancomycin-resistentem Golden Staphylococcus aureus, zeigten doppelt modifizierte Goldnanopartikel aufgrund der antibakteriellen Fähigkeit der Peptide, bakterielle Zellwände zu zerstören und der antibakteriellen Wirkung von TCS, bessere antibakterielle Eigenschaften als einfach modifizierte und unmodifizierte Goldnanopartikel [35]. Einige Studien haben gezeigt, dass die Kombination von AuNPs, Cefotaxim und Ciprofloxacin eine Wirkung auf alle Salmonella-Bakterien hat. AuNPs zerstören die Homöostase von Kationen, während konventionelle Antibiotika die Akkumulation reaktiver Sauerstoffspezies fördern, was zum Zelltod der Bakterien führt. Dieser Prozess induziert auch die Apoptose von Salmonella-Zellen [46]. Liet al. berichteten, dass kationische und hydrophobe funktionalisierte Goldnanopartikel das Wachstum von 11 klinischen MDR-Isolaten, einschließlich gramnegativer und grampositiver Bakterien, wirksam hemmen können, um eine langfristige Resistenz gegen MDR-Bakterien (die Schlüsselfrage im Gesundheitswesen) zu erreichen, was eine vielversprechende Strategie darstellt [3]. Badwaiket al. untersuchten die antibakteriellen Eigenschaften von Dextrose-beschichteten Goldnanopartikeln (dGNPs).Experimente zeigten, dass dGNPs bakteriostatische und bakterizide Wirkungen haben und sowohl gegen Gram-negative als auch gegen Gram-positive Bakterien wirksam sind [47]. Inbarajet al. synthetisierten Goldnanopartikel, die mit Chitosan (CH-NGs), Ethylenglykolchitosan (GC-NGs) und Poly(γ-Glutaminsäure) (PA-NGs) und charakterisiert und bewertet ihre katalytische und antibakterielle Aktivität. Die drei synthetischen funktionalisierten Goldnanopartikel haben alle eine gewisse antibakterielle Wirkung [48]. Wanget al. verwendeten Daptomycin (Dap)-Mizellen als Templat und Reduktionsmittel, um unter milden Bedingungen stabile goldene Daptomycin-Nanoblumen (Dap-Aun NFs) herzustellen. Unter 808 nm Nahinfrarot-Lichtstrahlung hemmten Dap-Au 6 NFs das Wachstum von Tumoren und Bakterien [49].

3.2.3. Antibakterielle Materialien

Viele Spezialmaterialien weisen bestimmte antibakterielle Eigenschaften auf, daher gibt es Forschungsmöglichkeiten, Nanogold zu verwenden, um dieses Ziel zu erreichen. Shi und Zhuang verwendeten Attapulgit als Träger, um Nanogold/Attapulgit (Au-AOAT) mit kontrollierter Partikelgröße und gleichmäßiger Verteilung zu erhalten, indem Chlorgoldsäure unter Verwendung von Natriumborhydrid reduziert wurde, das durch Adsorption von Methylenblau auf Au-AOAT hergestellt wurde. Die antibakteriellen Eigenschaften von Nanogold lösten effektiv das Problem, dass Polymethylmethacrylat (PMMA), ein im Körper häufig verwendetes medizinisches Material, in der dunklen Umgebung des Körpers leicht bakterielle Infektionen verursachen kann [50]. Die durch In-situ-Synthese hergestellte antibakterielle Viskosefaser von Duan in Kombination mit Gold-Nanopartikel-Viskosefaser zeigte eine hervorragende antibakterielle Leistung und Stabilität und hat Anwendungsperspektiven in den Bereichen Medizin und Gesundheit [51]. MacDonaldet al. verwendeten ein einfaches Verfahren mit Thiol-terminierten Gold-Nanopartikeln, um eine antibakterielle Oberfläche zu entwickeln, die Bakterien unter dunklen und hellen Bedingungen effektiv abtötete, und zeigte, dass die Methode unter einer Vielzahl von Bedingungen wirksam ist, was mehr Möglichkeiten für verschiedene Technologien und neue antibakterielle Beschichtungsanwendungen eröffnet [52]. Xieet al. vorgeschlagen, das antibakterielle Spektrum von DGNP (DAPT-GNP, DGNP), das durch kleine Moleküle (4,6-Diamino-2-pyrimidinthiol, DAPT) modifiziert wurde, anzupassen, indem die Größe der kleinen Moleküle angepasst wird. Ultrakleine DGNPs (uDGNPs) (<2 nm) zeigen ein breites antibakterielles Spektrum, insbesondere die antibakterielle Wirksamkeit gegen grampositive (G+) Bakterien ist um mehr als das 60-fache gesteigert. uDGNP-funktionalisierte Scaffolds (Agarose-Gel) können als allgemeine Wundauflage zur Heilung von Verbrennungsinfektionen verwendet werden [53].

3.2.4. Antibakterielle Wirkung des photothermischen Effekts

Mit dem Aufkommen multiresistenter Bakterien wurde die photothermische Therapie als Alternative zu Antibiotika vorgeschlagen, die auf Krankheitserreger abzielen und diese abtöten [54]. Fuet al. modifizierte synthetisierte Peptide A und B auf der Oberfläche von Goldnanopartikeln (GNPs) über Au-S-Bindungsreaktionen und mischte sie dann zu gleichen Anteilen, um ein GNP-System zu bilden. Das präparierte GNP-System erzeugte eine reaktionsfähige Aggregation in einer schwach sauren Umgebung simulierter Bakterien, und große Aggregate, die sich bildeten, verbesserten seine Licht-zu-Wärme-Umwandlungseffizienz erheblich. In vitro und bakterielle Mischlösungen wurden dann unter Laserbestrahlung hergestellt. Bei einem schnellen Temperaturanstieg auf 70 °C erwies sich die spezifische photothermische Behandlung von Bakterien als wirksam antibakteriell [55]. Millenbaughet al. kombinierte Antikörper spezifisch für Staphylococcus aureus mit Peptidoglycan- und Gold-Nanopartikeln und belichteten diese mit gepulster Laserstrahlung, sodass die funktionalisierten Nanopartikel gezielt biologischen Behandlungen zugeführt wurden und bakterizid wirkten. Es hatte einen linearen Zusammenhang mit der Laserenergiedichte und kann allein oder ergänzend zu einer bestehenden konventionellen Antibiotikatherapie eingesetzt werden [56]. Studien zeigten, dass hydrophile funktionalisierte Polyethylenglykol-Gold-Nanostäbchen und hydrophobe funktionalisierte Polystyrol-Gold-Nanostäbchen die antibakterielle Aktivität unter der Einwirkung von Photopyrolyse verstärken können [57]. Durch die Kombination von Gold-Nanokäfigen (GNC) und zwei thermischen Gates wurde ein neuer Typ einer photoaktivierbaren Nano-Antibiotika-Plattform (TC-PCM @ GNC-PND) konstruiert. Aufgrund des durch NIR induzierten photothermischen Effekts und der synergistischen Wirkung von Chemotherapeutika können Bakterien sowohl in vitro als auch in Parodontitismodellen mit geringer Toxizität effektiv abgetötet werden [58]. Peng et al. schlugen eine antibakterielle Strategie unter Verwendung von Bakteriophagen in Kombination mit AuNRs vor. Der Phagen heftet sich an die Zielbakterien, und NIR-Licht bestrahlt die Nanostäbchen, um eine LSPR-Anregung zu verursachen. Diese Energie wird in Form von Wärme freigesetzt und zerstört Bakteriophagen und Bakterien, die an die Bakteriophagen binden [59]. Die von Zhang et al. werden als Nanophotosensibilisatoren verwendet, basierend auf den phototherapeutischen Sensibilisierungseigenschaften von Au-Nanostäbchen (NRs) und der Antitumoraktivität von GA.A, um eine synergistische Photochemotherapie zu erzielen. Im antibakteriellen Experiment

Strahlung hat eine antibakterielle Breitbandwirkung und eine starke antibakterielle Wirkung gegen resistente E. coli und Staphylococcus aureus [60]. Rivas Aielloet al. analysierten die antibakterielle Wirkung von Riboflavin (Rf) und pektinbeschichteten Goldnanopartikeln (PecAuNP) auf Staphylococcus aureus (S. aureus) und Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa). Bei der photodynamischen Inaktivierungsstrategie von Mikroorganismen zeigte die mikrobiologische Analyse, dass das Vorhandensein von PecAuNP die antibakterielle Aktivität von lichtbestrahltem Rf gegen Staphylococcus aureus und Pseudomonas aeruginosa verstärkte [61].

3.2.5. Andere Methoden

Einige Wissenschaftler untersuchten die photothermisch induzierte bakterizide Aktivität von Phospholipid-dekorierten Goldnanostäbchen (DSPE-AuNR)-Suspensionen von Pseudomonas aeruginosa Planktonmembranen und Biofilmkulturen. Die Ergebnisse zeigten, dass die mit Phospholipiden beschichteten Goldnanostäbchen eine vielversprechende Nanoplattform darstellen [62]. Haydenet al. berichteten, dass kationische Monoschicht-geschützte Goldnanopartikel mit den Zellmembranen von E coli und Bacillus subtilis, die je nach Größe der Goldnanopartikel deutlich unterschiedliche Oberflächenaggregationsmuster oder Zelllyse von Goldnanopartikeln bilden [63]. Unter Verwendung eines kationischen Liganden (11-Mercaptodecyl)-N,N,N-trimethylammoniumbromid (MUTAB) haben Li et al. bewiesen, dass wasserlösliche, positiv geladene AuNCs leicht in einer einstufigen Reaktion synthetisiert werden können. Diese positiv geladenen MUTAB-AuNCs zeigen eine wirksame antibakterielle Aktivität sowohl gegen gramnegative als auch gegen grampositive Bakterien, ohne eine Arzneimittelresistenz zu verursachen, einschließlich multiresistenter (MDR) Bakterien und klinischer Bakterien [64]. Es wurde berichtet, dass eine Niedertemperatur-Plasmabehandlung effektiv töten kann Streptococcus mutans, und wenn es in Kombination mit Gold-Nanopartikeln verwendet wird, verstärkt es die Abtötungswirkung von Niedertemperaturplasma auf Streptococcus mutans [65]. Goldbeladene Ceroxid-Nanopartikel können aufgrund ihrer Biokompatibilität und antibakteriellen Eigenschaften potenzielle Nanomaterialien für In-vivo-Anwendungen sein [66]. Wanget al. berichteten, dass zwei Gruppen mit unterschiedlicher Bindungsaffinität zu Gold als Ankergruppen verwendet wurden und Thiole oder Amine verwendet wurden, um Phenylboronsäure auf Goldnanopartikeln (AuNPs) mit unterschiedlichen Dichten zu modifizieren. Verschiedene Bakterien haben selektive antibakterielle Eigenschaften, von denen erwartet wird, dass sie für eine personalisierte Behandlung verwendet werden [67]. Mit verschiedenen Oberflächenliganden konjugierte Goldnanocluster weisen eine hohe Biokompatibilität, multivalente Effekte, einfache Modifizierung und photothermische Stabilität auf und sind daher potenzielle antibakterielle Wirkstoffe. Gold-Nanocluster können unterschiedliche Ladungen tragen und sogar eine Zielspezifität für Bakterien aufweisen, ihre antibakterielle Aktivität muss jedoch noch verbessert werden, um den klinischen Anforderungen gerecht zu werden [68]. Jalilet al. führten eine systematische Studie zu den durch Femtosekundenlaser induzierten Veränderungen der Oberflächenstruktur von Gold (Au) und seiner Hydrophobie und bakteriellen Adhäsionseigenschaften durch. Es beweist, dass die gebildete Oberflächenstruktur die Adhäsion von E. coli-Bakterien reduzieren kann und zeigt, dass fs-LIPSSs aufgrund ihrer großflächigen Oberflächenbedeckung eine hervorragende antibakterielle Adhäsionsleistung aufweisen. Ungefähr 99,03 % der fs-LIPSSs haben keine Bakterien an der Oberfläche [69]. Pišlová et al. flüssigem Polyethylenglykol (PEG) Nanogold zugesetzt. PEG wird als grundlegender biokompatibler Stabilisator des AuNP-Kolloids verwendet. Außerdem wurden zwei natürlich vorkommende Polysaccharide, Chitosan (Ch) und Methylcellulose (MC), getrennt in eine PEG-Matrix verdünnt. Zwei Bakterienstämme (Gram-positiver Staphylococcus epidermidis und Gram-negative Escherichia coli) wurden auf antibakterielle Wirkung getestet und zeigten bestimmte antibakterielle Wirkungen [70]. Simonet al. untersuchten die antibakterielle Aktivität von Rinderserumalbumin (BSA), Humanserumalbumin (HSA) und Eiweiß-Lysozym (HEWL) mit Gold-Nanopartikeln (GNP) gegen vier Krankheitserreger. Diese Studie schlägt eine neue Methode zur Regulierung der antibakteriellen Aktivität von HEWL gegen Pseudomonas aeruginosa vor, um das Problem der Arzneimittelresistenz dieses Erregers in der Chemotherapie vieler Krankheiten zu lösen [71].

4. Funktionalisierte Goldnano-antibakterielle Mechanismen

Viele Methoden der funktionellen Modifikation werden verwendet, um Goldnanopartikel mit antibakteriellen Eigenschaften herzustellen (wie in Abbildung 1 zusammengefasst). Auch die Wirkungsmechanismen von mit unterschiedlichen Methoden hergestellten Goldnanopartikeln auf Bakterien variieren. Auch die spezifischen antibakteriellen Mechanismen von Goldnanopartikeln sind unklar.

4.1. Funktion mit Zellmembranen

Arten von modifizierten Goldnanopartikeln können mit bakteriellen Zellmembranen interagieren, deren Integrität zerstören und eine antibakterielle und sterilisierende Rolle spielen [4]. Studien berichteten, dass AuNPs, die durch kationische Monoschichten im Kern von 2 nm geschützt sind, mit den Zellmembranen grampositiver und gramnegativer Bakterien wechselwirken können, wodurch einzigartige Aggregationsmuster und bakterielle Zelllyse gebildet werden, was darauf hindeutet, dass die kationischen Oberflächeneigenschaften von 2 nm großen AuNPs als antibakterielle Mittel [63]. Liet al. bestätigten, dass kationische und hydrophobe funktionalisierte AuNPs das Wachstum von 11 klinischen MDR-Isolaten, einschließlich gramnegativer und grampositiver Bakterien, wirksam hemmen können [3]. Ahmadyet al. verwendeten Arylgolddiazonium(iii)-Salz [HOOC-4-C6H4N[Dreifachbindung, Länge als m-Strich]N], um AuCl4 grün zu reduzieren und die resultierenden AuNPs-C6H4-4-COOH mit Lysozym zusammen für eine antibakterielle Wirkung zu konjugieren [72].

4.2. Kombination mit Medikamenten

Jianget al. fanden heraus, dass, wenn Mercaptopyrimidinmoleküle ohne antibakterielle Aktivität auf der Oberfläche von Goldpartikeln modifiziert wurden, Goldnanopartikel eine gute antibakterielle Aktivität gegen gramnegative Bakterien und multiresistente negative Bakterien zeigten. Diese Arten von nicht antibiotischen Arzneimitteln und Goldnanopartikeln, die mit Mercaptopyrimidin beschichtet sind, können antibakterielle und bakterizide Breitbandwirkungen gegen Superbakterien entfalten. Metformin zeigt die beste Verstärkungsaktivität, indem es die Fähigkeit verbessert, die bakterielle Zellwand zu zerstören [8]. Chosraviet al. untersuchten die antibakterielle, Antiefflux-, Antibiofilm- und Antischleim-Wirkung (extrazelluläres Polysaccharid) von AuNPs, die aus Anthemis atropatana-Extrakt synthetisiert wurden, auf multiresistente (MDR) Klebsiella pneumoniae. Die von ihnen entwickelten neuen Therapien demonstrieren den möglichen Einsatz von AuNPs zur Prävention von biofilmbedingten Klebsiella pneumoniae-Infektionen [73].

4.3. Elektrostatische und hydrophobe Wechselwirkungen

Ranjan Sarkeret al. synthetisierten verlängerte tetraedrische (ETHH) Au-Nanopartikel, die mit Liponsäure (LA), einem natürlichen Antioxidans mit endständigen Carbonsäure- und Dithiolanringen, funktionalisiert wurden, um ETHH-LA Au-Nanopartikel herzustellen. Die Ergebnisse zeigten, dass LA die antibakterielle Aktivität der ETHH Au-Nanopartikel verstärkte. Die Au-Nanopartikel interagierten mit Bakterien durch elektrostatische und hydrophobe Wechselwirkungen, zerstörten bakterielle Zellwände und oxidierten anschließend Fettsäuren in Zellmembranen [74].

4.4. Änderung des Membranpotentials

Tianet al. verwendeten niedermolekulare Analoga in Bakterien als Wirkstoffvorstufen und modifizierten sie, indem sie sie an die Oberfläche von Goldpartikeln anhefteten. Durch genomische und proteomische Analyse von Bakterien, die mit Gold-Nanopartikeln behandelt wurden, wurden Gold-Nanopartikel durch zwei antibakterielle Wirkungsmechanismen erhalten: Einer reduzierte die Aktivität der ATPase in Bakterien durch Veränderung des Membranpotentials und der andere hemmte die Synthese von tRNA durch Bakterien [11].

4.5. Seine Form ändern

Eine Studie ergab, dass die Wirkung verschiedener Formen von Goldnanopartikeln auf die antibakteriellen Eigenschaften auch mit ihrem antibakteriellen Mechanismus zusammenhängen könnte. Penderset al. synthetisierten Goldnanopartikel (AuNPs) verschiedener Formen (einschließlich kugelförmiger, sternförmiger und blütenförmiger) ähnlicher Größe und bewerteten ihre antibakterielle Wirkung auf Staphylococcus aureus. Es zeigt, dass AuNFs als neues antibakterielles Mittel (ohne Antibiotika) geeignet sein könnten. Durch Nutzung des Plasmonenresonanzeffekts von AuNPs kann die antibakterielle Wirkung weiter verstärkt werden [75]. Hameedet al. untersuchten die antibakterielle Wirkung von Nanosphären (AuNSps), Nanostars (AuNSts) und Nanocubes (AuNCs) auf Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa und Staphylococcus aureus in niedrigeren Konzentrationen. Die Schlussfolgerung aus dieser Studie ist, dass AuNPs bei niedrigeren Konzentrationen signifikante antibakterielle Eigenschaften aufweisen [76].

4.6. Als Nanozyme

Huet al. züchteten ultrafeine Goldnanopartikel (UsAuNPs) auf ultradünnen zweidimensionalen metallorganischen Gerüsten (MOF) durch in-situ-Reduktion. Das gebildete UsAuNP/MOF-Hybrid hat die Vorteile von UsAuNPs und ultradünnem 2D-MOF und zeigt eine signifikante Peroxidase-ähnliche Aktivität für die Zersetzung von H2O2 in toxische Hydroxylradikale ( · OH). Die Ergebnisse zeigen, dass die hergestellten UsAuNP/MOF-Nanozyme mit Hilfe von niedrig dosiertem H . hervorragende antibakterielle Eigenschaften sowohl gegen gramnegative Bakterien (E. coli) als auch gegen grampositive Bakterien (Staphylococcus aureus) aufweisen2Ö2. Tierversuche zeigen, dass dieses Hybridmaterial die Wundheilung effektiv fördern kann und eine gute Biokompatibilität aufweist [77]. Brasili et al. adsorbierten Lysozym auf Goldnanopartikeln und führten einen selbstlimitierenden Aufbau basierend auf Plaque-ähnlichen Plasmonkolloiden durch, wodurch ein neuer Typ von antibakteriellem Nanomaterial erhalten wurde. Es wurde auch nachgewiesen, dass die Änderung seiner katalytischen Aktivität zu einer Verbesserung der antibakteriellen Leistung der Komponenten entsprechender Größe führt [78].

5. Anwendung von Goldnanopartikeln in der oralen Biologie

Die orale Mikroflora stellt einen wichtigen Teil des menschlichen Mikrobioms dar und umfasst Tausende von Arten. Sie sind normale Bestandteile des Mundmilieus und haben eine wichtige Funktion, um die Ansiedlung fremder Bakterien zu verhindern und damit die allgemeine Gesundheit zu beeinträchtigen. Auch die häufigsten oralen Erkrankungen Karies, Gingivitis und Parodontitis beruhen auf Mikroorganismen [79]. Gegenwärtig werden Antibiotika in der Zahnarztpraxis, Zahnbehandlung und Infektionsprävention eingesetzt, jedoch sind die Indikationen für den Einsatz systemischer Antibiotika im zahnmedizinischen Bereich begrenzt. Die Charakteristika des Antibiotikaeinsatzes in der zahnärztlichen Praxis beruhen auf empirischen Vorgaben klinischer und bakteriell-epidemiologischer Faktoren, die in kurzer Zeit zum Einsatz eines sehr engen Spektrums von Breitbandantibiotika führen. Dies hat bei vielen Mikroorganismen zur Entwicklung von Arzneimittelresistenzen (AMR) und zur Unwirksamkeit häufig verwendeter Antibiotika geführt. Antibiotikaresistenzen und andere Nebenwirkungen des Antibiotikamissbrauchs haben in letzter Zeit zugenommen [80]. Obwohl sich viele Studien auf die Entwicklung antibakterieller Medikamente zur Überwindung dieser Probleme konzentriert haben, sind die meisten Versuche fehlgeschlagen, die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Nanomaterialien sind aufgrund ihrer verbesserten und einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften (z. B. ultrakleine Größe, großes Oberflächen-Masse-Verhältnis und erhöhte chemische Reaktivität) vielversprechend in der antibakteriellen Therapie. Nanopartikel (NPs) könnten eine neue Strategie zur Behandlung und Vorbeugung von Zahninfektionen darstellen. Metallische und organische Nanopartikel wurden aufgrund ihrer bakteriziden Breitbandwirkung in vielen Bereichen der Zahnheilkunde verwendet [81]. Insbesondere Goldnanomaterialien wurden aufgrund ihrer hohen Stabilität, ihrer erstaunlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften sowie ihrer antibakteriellen Eigenschaften umfassend untersucht [82]. Mit der kontinuierlichen Erforschung von Goldnanopartikeln haben viele Wissenschaftler damit begonnen, ihre Anwendung in der Oralbiologie zu untersuchen. Das Folgende ist eine kurze Einführung in die Anwendung von Goldnanopartikeln in der oralen Biologie. Die von Zhang et al. wurden auf das Ausrichtungsmittel aufgetragen. Das beschichtete Ausrichtungsmittel zeigt eine gute antibakterielle Wirkung gegen Porphyromonas gingivalis. In Gegenwart des beschichteten Ausrichtungsmittels wird die Anzahl der planktonischen Zellen reduziert und die Bildung von Biofilmen verhindert. Dieses Material weist auch in vivo und in vitro eine gute Biokompatibilität auf [83]. Tetracyclin-Antibiotika (TCs) sind ein antibakterielles Breitbandwirkstoff. Ein übermäßiger Gebrauch von TC stellt jedoch eine Bedrohung für die Umwelt und die menschliche Gesundheit dar und verursacht Tetrazyklinzähne in der Mundhöhle. Daher ist es notwendig, ein einfaches Verfahren zum Erfassen von TC zu entwickeln. Wuet al. entwarfen einen neuen Sensor, der auf der Aggregation von Goldnanopartikeln (AuNP) und der koordinierten Kontrolle von ss-DNA-Fragmenten basiert, um mehrere Antibiotika zu erkennen. Der Sensor besitzt eine ausgezeichnete Selektivität und Sensitivität für die Trennung und Detektion von TET und CAP [84, 85]. Liet al. verwendeten L-Histidin-terminierte Goldnanocluster (His-AuNCs) als FL-Indikatoren und Eu 3+ FL-Enhancer. Über eine einfache Methode zum selektiven Nachweis von TC wird berichtet [86]. Gleichzeitig gilt es nicht nur für bestimmte Antibiotika. Für häufig verwendete Antibiotika wie Amoxicillin, Chlortetracyclin und Erythromycin haben Leng et al. schlugen eine Methode der Au(I)-vermittelten Protein- und Antibiotika-Verbindung vor, um mehrfarbige Goldnanopartikel (GNP) zu erzeugen. Die Methode dient der kolorimetrischen Bestimmung und Differenzierung von Antibiotika [87]. Jadhavet al. untersuchten die Anwendung pflanzenvermittelter osteoinduktiver Eigenschaften von Goldnanopartikeln in Zahnimplantaten. Grüne synthetische Goldnanopartikel zeigten eine gute Stabilität und ein osteoinduktives Potenzial in verschiedenen Blutkomponenten (0,2 M Histidin, 0,2 M Cystein, 2 % Rinderserumalbumin und 2 % Humanserumalbumin) [88]. Heo et al. berichteten, dass Goldnanopartikel aufgrund ihres potenziellen Einflusses auf die Stimulierung der Osteoblastendifferenzierung sehr gut als osteogene Wirkstoffe geeignet sind. In ihrer Studie wurden Titanimplantate mit Knochenfusion mit Gold-Nanopartikeln beschichtet, um die Knochenregeneration zu fördern. In-vitro- und in-vivo-Tests zeigten, dass Ti-GNPs als osseointegrationsinduzierte Zahnimplantate verwendet werden können, um Knochengrenzflächen zu bilden und die Knochenneubildung aufrechtzuerhalten [89]. Yanget al. einen neuen Typ von Calciumphosphatzement mit Goldnanopartikeln (GNP-CPC) entwickelt, um seine osteoinduktive Kapazität für humane Zahnpulpastammzellen (hDPSCs) zu untersuchen. Die Ergebnisse bewiesen, dass GNP-CPC die osteogene Funktion von hDPSCs signifikant verbessert. Es wird erwartet, dass GNP CPC durch Nanomorphologie modifiziert und als bioaktiver Zusatzstoff zur Verbesserung der Knochenregeneration fungiert [90]. Die Entwicklung multifunktionaler Nanomaterialien ist eines der interessantesten und fortschrittlichsten Forschungsgebiete der Nanotechnologie und soll Krebsdiagnose- und Behandlungsmethoden revolutionieren. Die einzigartigen optischen Eigenschaften von Gold-Nanopartikeln und ihr Nutzen in der Photothermie und Strahlentherapie haben eine neue Plattform für die Früherkennung und Behandlung von Krebs erweitert. Goldnanopartikel (AuNPs) weisen gute physikalische Eigenschaften und eine maßgeschneiderte Oberflächenfunktionalisierung auf und bieten eine potenzielle Plattform für die Entwicklung von Krebstherapeutika. BSP-basierte Nanostrukturen sind nicht toxisch und haben eine große Oberflächenbiokompatibilität, wodurch es möglich ist, ihre Oberflächen mit verschiedenen Chemikalien zu modifizieren, darunter verschiedene Polymere, Antikörper und sogar Wirkstoffmoleküle. Sie werden zur gezielten Wirkstoffabgabe verwendet, um Medikamente zu transportieren und selektiv in das gewünschte Gewebe freizusetzen, wodurch die schädigende Wirkung auf gesunde Zellen reduziert und gleichzeitig die Dosis von Krebsmedikamenten erhöht wird [91, 92]. Satapathie et al.formulierte gemischte Nanopartikel (QAuNPs) unter Verwendung von Chinacrin und Gold und charakterisierte/studierte ihre antiangiogenen und antimetastatischen Wirkungen auf OSCC-CSCs. In Xenotransplantat-Mausmodellen hemmten QAuNPs signifikant die Zellproliferation, verursachten in vitro Apoptose und zerstörten in vivo Angiogenese und Tumorregression [93]. Durgesh et al. bewerteten die mikrobielle Kontamination und Plaque-Scores von mit Goldnanopartikeln beschichteten und unbeschichteten Zahnbürsten. Die Ergebnisse zeigten, dass mit Gold-Nanopartikeln beschichtete Zahnbürsten nach einer Woche eine signifikant geringere Borstenkontamination und Plaque-Scores aufwiesen als unbeschichtete Zahnbürsten ohne Zahnpasta [94]. Colombé et al. untersuchten das Potenzial von ultrakleinen Gold(Au)-Nanoclustern (NCs) in der optisch bildgeführten Chirurgie und verwendeten AuNCs als Kontrastmittel für die bildgeführte Chirurgie von Kopf-Hals-Tumoren. Die Ergebnisse wurden mit einer Kontrollgruppe verglichen. Die Überlebenszeit verlängerte sich und es trat kein Lokalrezidiv auf [95]. Kimet al. zeigten, dass stimuliresponsive Plasma-Gold-Nanocluster (AuNCs) als Kontrastmittel für die optische Kohärenztomographie (OCT) verwendet werden können, um Krebs im Frühstadium mit molekular programmierbaren anorganischen Nanomaterialien zu erkennen. Das Kontrastmittel hat das Potenzial, Krebs im Frühstadium zu diagnostizieren. Das Kontrastmittel kann bei Krebs im Frühstadium mehrere reizgesteuerte diagnostische Signale erzeugen [96]. Chakrabortyet al. ein ELISA-System auf der Basis von Gold-Nanopartikeln zum Nachweis von nichtinvasivem Osteopontin (überexprimiert bei oralem Plattenepithelkarzinom) entwickelt. Der Einbau von Gold-Nanostäbchen oder Gold-Nanosphären mittels konventionellem ELISA kann die Sensitivität der Analyse erhöhen. Die Nachweisgrenzen von Gold-Nanostäbchen (Nachweisgrenze: 0,02 ng·mL -1 ) und Gold-Nanosphären (Nachweisgrenze: 0,03 ng·mL -1 ) nahmen deutlich ab. Im Vergleich zu kommerziell erhältlichen OPN ELISA Kits wurde ein verbessertes Nachweisverfahren (Nachweisgrenze) erhalten (0,14 ng·mL -1 ). Der verbesserte ELISA hatte einen breiten linearen Nachweisbereich (0,31-20 ng·mL -1 ) und eine gute Reproduzierbarkeit und Spezifität für die getesteten Störsubstanzen im Speichel [97]. Liet al. berichteten, dass Gold-Nanopartikel die Proliferation von humanen Parodontalligament-Stammzellen fördern können [98]. Daood et al. berichteten, dass die Verwendung von TPAu und EDC zur Vernetzung von Dentinkollagen durch TPAu/EDC-Nanopartikelformulierungen die antibiotische Abbaubarkeit der demineralisierten Dentinmatrix verbessert, die Protease hemmt und die mechanische und strukturelle Stabilität erhöht [99].

6. Perspektiven von Gold-Nanopartikeln

Junevičius et al. verwendeten Zahnpasta mit Silber- und Goldpartikeln und Zahnpasta mit Zinkcitrat als Wirkstoffe und 8 mikrobielle Standardkulturen, um die antibakterielle Aktivität jeder Studienformulierung bei 9 verschiedenen Konzentrationen zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten, dass Gold nicht so effektiv war wie Silber [100]. Obwohl Silbernanopartikel aufgrund ihrer antibakteriellen Aktivität als vielversprechende antibakterielle Wirkstoffe gelten, kann die akute Zytotoxizität von Silberionen, die von Silbernanopartikeln freigesetzt werden, ihre potentiellen praktischen Anwendungen einschränken. Zhuet al. fanden heraus, dass bestrahlte poröse Ag-Au-Nanoplatten im Vergleich zu Ag-Nanoplatten eine ähnliche antibakterielle Wirkung wie Staphylococcus aureus-Stämme aufweisen und in vitro eine geringere Zytotoxizität aufweisen [101]. Darüber hinaus haben Studien von Chlumsky et al. fanden heraus, dass auch wenn AuNPs, AgNPs und CS und ihre Kombinationen Biofilme nicht entfernen konnten, sie auch die metabolische Aktivität aller getesteten Stämme um mindestens 80% reduzierten [102]. Die experimentellen Ergebnisse von Saravanakumar und anderen bewiesen die multifunktionalen biologischen Aktivitäten von CS-AuNPs, einschließlich antioxidativer, antibakterieller, antidiabetischer und krebsbekämpfender Aktivitäten, die weiterer Forschung wert sind [103]. Die unterschiedliche Größe und Oberflächenchemie der Nanopartikel regulierte die Zellaufnahme und die Toxizität der Nanopartikel, was ihre klinische Anwendung nachteilig beeinflusste [104]. Studien haben gezeigt, dass Nanopartikel vom mononukleären phagozytischen System entfernt werden. Partikel mit unterschiedlichen Formen beeinflussen ihre Verteilung in den Zielorganen, was letztendlich die biologische Toxizität der Partikel beeinflusst, aber es wurden keine signifikanten subletalen Effekte beobachtet [105]. Aufgrund ihrer geringen Größe können Nanopartikel nach Hautkontakt, Inhalation oder oraler Verabreichung in den systemischen Kreislauf gelangen. Einmal im Blutkreislauf, kommen Nanopartikel mit verschiedenen Blutbestandteilen in Kontakt und können die normale Blutplättchenfunktion beeinträchtigen, was zu Blutungen oder Thrombosen führen kann. Die Kompatibilität von Nanopartikeln mit Blutelementen bleibt ein umstrittenes Thema [106]. Die Überwindung der Multidrug-Resistenz (MDR) ist zur Richtung der Verbesserung von Antibiotika geworden, und Nanodrug-Delivery-Systeme haben dafür neue Wege eröffnet. Riazet al. untersuchten die Wirkung von Flavonoid-beschichteten Gold-Nanopartikeln (FAuNPs) auf die Besiedlung von Enterococcus faecalis in Leber und Niere von Mäusen. Im Vergleich zum Einsatz freier Flavonoide war die Keimzahl in Mausorganen signifikant reduziert [107]. Goldnanopartikel haben viele Vorteile wie einfache und kontrollierte Synthese, geringe Größe und hohe Biokompatibilität und Oberflächenplasmonenresonanz, aber ob sie durch in-vivo- oder intrazelluläre Faktoren beeinflusst werden können, muss geklärt werden. Die geringe Größe der Goldnanocluster und die unterschiedlichen Formen der Goldnanopartikel verbessern ihre antibakterielle Wirkung, aber es sind weitere Untersuchungen zur Toxizität von Organismen nach langer Zeit und hoher Dosis erforderlich. Unabdingbar ist auch die Untersuchung des Einflusses bzw. der Veränderungen des Einsatzes von Gold-Nanopartikeln in einem bestimmten Zeitraum in Organismen oder einem definierten physiologischen Zustand bei bestimmten Erkrankungen. Goldnanopartikel lassen sich leicht modifizieren und funktionalisierte Goldnanopartikel haben ein beträchtliches antibakterielles Anwendungspotenzial. Goldnanopartikel können modifiziert werden, um ihre antibakteriellen Eigenschaften für den klinischen antibakteriellen Einsatz zu verbessern. Sie können auch als Wirkstoffträger verwendet werden, um die Wirksamkeit von Wirkstoffen zu verbessern, und ihre photothermischen Eigenschaften können genutzt werden, um Bakterien abzutöten. Durch die Kombination von Gold-Nanopartikeln mit unterschiedlichen Materialien entstehen Medikamente mit antibakteriellen Eigenschaften. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die verschiedenen Eigenschaften von Goldnanopartikeln genutzt werden können, um sie für spezifische Anforderungen zu funktionalisieren, um neue Methoden zur Lösung verschiedener antibakterieller Herausforderungen bereitzustellen.

Datenverfügbarkeit

Die Daten, die diese Überprüfung stützen, stammen aus zuvor berichteten Studien und Datensätzen, die zitiert wurden.

Interessenskonflikte

Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Autorenbeiträge

Chen Su und Kun Huang trugen gleichermaßen bei.

Danksagung

Diese Arbeit wurde finanziell von der Key Laboratory Foundation of Stomatology der Fujian Province University (Fördernummer: 2019kq03) und dem Fujian Provincial Program of Innovation and Entrepreneurship for Undergraduates (Fördernummer: S201910392030) unterstützt.

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Copyright © 2020 Chen Su et al. Dies ist ein Open-Access-Artikel, der unter der Creative Commons Attribution License vertrieben wird und die uneingeschränkte Verwendung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium erlaubt, vorausgesetzt, das Originalwerk wird ordnungsgemäß zitiert.


AUSWAHL UND EINLEITUNG EINER ANTIBIOTIKA-REGIMEN

Erhalten einer genauen Infektionskrankheitsdiagnose

Eine Infektionskrankheitsdiagnose wird durch die Bestimmung des Infektionsortes, die Bestimmung des Wirts (z. B. immungeschwächter, diabetischer, fortgeschrittener Alter) und die Erstellung einer mikrobiologischen Diagnose, wenn möglich, erreicht. Bei vielen schweren, lebensbedrohlichen Infektionen ist es entscheidend, den spezifischen Erreger zu isolieren, insbesondere in Situationen, die wahrscheinlich eine längere Therapie erfordern (z. B. Endokarditis, septische Arthritis, Bandscheibeninfektion und Meningitis). Wenn ein Patient nicht von einer antimikrobiellen Therapie profitiert, die auf der Grundlage des klinischen Bildes ausgewählt wurde, sind zusätzliche Untersuchungen erforderlich, um den ätiologischen Wirkstoff zu bestimmen oder nicht infektiöse Diagnosen auszuschließen. Um eine genaue mikrobiologische Diagnose zu optimieren, sollten Kliniker sicherstellen, dass diagnostische Proben ordnungsgemäß entnommen und unverzüglich dem mikrobiologischen Labor vorgelegt werden, vorzugsweise vor Beginn der antimikrobiellen Therapie. Die Diagnose von Infektionskrankheiten beruht auch häufig auf einer detaillierten Expositionsanamnese, wie im Fall eines Patienten mit nicht heilender Pneumonie, der im Südwesten der Vereinigten Staaten gelebt oder dorthin gereist ist, wo die Kokzidioidomykose endemisch ist. Obwohl die mikrobiologische Diagnose idealerweise auf Daten wie Bakterien- oder Pilzkulturen oder serologischen Tests basiert, lässt sich aus dem klinischen Bild häufig die “höchste” mikrobiologische Ätiologie ableiten. Zum Beispiel wird am häufigsten angenommen, dass Cellulitis durch Streptokokken oder Staphylokokken verursacht wird, und eine antibakterielle Behandlung kann in Abwesenheit einer positiven Kultur verabreicht werden. In ähnlicher Weise kann eine ambulant erworbene Pneumonie, die keinen Krankenhausaufenthalt rechtfertigt, auch empirisch mit einem Makrolid- oder Fluorchinolon-Antibiotikum behandelt werden, ohne spezifische diagnostische Tests durchzuführen. 2 Schließlich sollten nichtinfektiöse Zustände bei der Differenzialdiagnose zu Infektionen berücksichtigt werden, insbesondere wenn die Diagnose nicht eindeutig ist.

Redaktioneller Kommentar siehe Seite 86

Zeitpunkt des Beginns der antimikrobiellen Therapie

Der Zeitpunkt der Ersttherapie sollte sich nach der Dringlichkeit der Situation richten. Bei kritisch kranken Patienten, wie z. B. Patienten mit septischem Schock, Patienten mit febriler Neutropenie und Patienten mit bakterieller Meningitis, sollte eine empirische Therapie unmittelbar nach oder gleichzeitig mit der Entnahme diagnostischer Proben eingeleitet werden. Unter stabileren klinischen Umständen sollte die antimikrobielle Therapie absichtlich ausgesetzt werden, bis geeignete Proben entnommen und an das mikrobiologische Labor geschickt wurden. Wichtige Beispiele für dieses Prinzip sind die subakute bakterielle Endokarditis und die vertebrale Osteomyelitis/Diskitis. Patienten mit diesen Infektionen sind häufig mehrere Tage bis Wochen vor der Vorstellung krank, und die Verabreichung einer Antibiotikatherapie sollte verschoben werden, bis mehrere Sätze von Blutkulturen (bei Endokarditis) oder Bandscheibenraumaspiraten und/oder Knochenbiopsien ( bei Osteomyelitis/Diskitis) wurden erhalten. Eine vorzeitige Einleitung einer antimikrobiellen Therapie unter diesen Umständen kann das Bakterienwachstum unterdrücken und die Möglichkeit einer mikrobiologischen Diagnose ausschließen, die für die Behandlung dieser Patienten von entscheidender Bedeutung ist, die mehrere Wochen bis Monate einer gezielten antimikrobiellen Therapie benötigen, um eine Heilung zu erreichen.

Empirische vs. definitive antimikrobielle Therapie

Da mikrobiologische Ergebnisse erst nach 24 bis 72 Stunden vorliegen, erfolgt die Ersttherapie der Infektion oft empirisch und orientiert sich am klinischen Bild. Es hat sich gezeigt, dass eine unzureichende Therapie von Infektionen bei kritisch kranken, hospitalisierten Patienten mit schlechten Outcomes verbunden ist, einschließlich einer höheren Morbidität und Mortalität sowie einer längeren Verweildauer. 3,4 Daher besteht ein gängiger Ansatz darin, antimikrobielle Breitspektrum-Wirkstoffe als erste empirische Therapie zu verwenden (manchmal mit einer Kombination antimikrobieller Wirkstoffe für weitere Informationen zu diesen Kombinationsschemata, siehe “Verwendung antimikrobieller Kombinationen”) mit der Absicht, mehrere mögliche Krankheitserreger abdecken, die häufig mit dem spezifischen klinischen Syndrom assoziiert sind. Dies gilt sowohl für ambulant als auch im Krankenhaus erworbene Infektionen. Bei einem ansonsten gesunden jungen Erwachsenen mit Verdacht auf bakterielle Meningitis, der in der Notaufnahme gesehen wird, wären die wahrscheinlichsten Erreger beispielsweise Streptococcus pneumoniae und Meningokokken, und daher wäre als empirische Therapie eine Kombination aus einem Cephalosporin der dritten Generation (Ceftriaxon) plus Vancomycin zu empfehlen. 5 Im Krankenhaus erworbene Infektionen sind häufig mit dem Vorhandensein invasiver Geräte und Verfahren verbunden, die zum Verlust der normalen Infektionsbarrieren führen, wie dies bei intravaskulärer katheterbedingter Bakteriämie, beatmungsassoziierter Pneumonie und katheterbedingter Harnwegsinfektionen der Fall ist (HWI). Sie werden häufig durch arzneimittelresistente Organismen verursacht, die beide grampositiv sind (z. B. Methicillin-resistente Staphylococcus aureus [MRSA]) und gram-negativ (z. B. Pseudomonas aeruginosa) Bakterien, die aufgrund des Selektionsdrucks durch den Einsatz antimikrobieller Mittel in Krankenhäusern häufig endemisch sind. Bei der Auswahl einer empirischen antimikrobiellen Therapie für solche Infektionen sollten Kliniker Folgendes berücksichtigen: (1) die Infektionsstelle und die Organismen, die diese Stelle am wahrscheinlichsten besiedeln (z Staphylokokken auf der Haut) (2) Vorkenntnisse über Bakterien, von denen bekannt ist, dass sie einen bestimmten Patienten besiedeln (z MRSA) und (3) die lokalen bakteriellen Resistenzmuster oder Antibiogramme, die in den meisten Krankenhäusern für wichtige Krankheitserreger verfügbar sind. 6

Sobald mikrobiologische Ergebnisse zur Identifizierung des ätiologischen Erregers und/oder Daten zur antimikrobiellen Empfindlichkeit beigetragen haben, sollte jeder Versuch unternommen werden, das Antibiotikaspektrum einzuschränken. Dies ist eine äußerst wichtige Komponente der Antibiotikatherapie, da sie Kosten und Toxizität reduzieren und das Auftreten von Antibiotikaresistenzen in der Bevölkerung verhindern kann. Antibiotika mit einem engeren Spektrum sollten für die Dauer der Therapie von Infektionen wie ambulant erworbener Pneumonie oder Cellulitis im ambulanten Bereich gegen die wahrscheinlichsten Erreger gerichtet werden, da in der Regel keine spezifischen mikrobiologischen Tests durchgeführt werden.

Interpretation der Testergebnisse der antimikrobiellen Empfindlichkeit

Wenn ein pathogener Mikroorganismus in klinischen Kulturen identifiziert wird, ist der nächste Schritt in den meisten mikrobiologischen Labors der antimikrobielle Empfindlichkeitstest (AST). Antimikrobielle Empfindlichkeitstests messen die Fähigkeit eines bestimmten Organismus, in Gegenwart eines bestimmten Medikaments in vitro zu wachsen, und werden nach den Richtlinien des Clinical and Laboratory Standards Institute 7 durchgeführt, einer gemeinnützigen globalen Organisation, die Laborverfahrensstandards durch umfangreiche Tests und klinische Tests entwickelt Korrelation. Das Ziel von AST ist es, den klinischen Erfolg oder Misserfolg des Antibiotikums, das gegen einen bestimmten Organismus getestet wird, vorherzusagen. Die Daten werden in Form der minimalen Hemmkonzentration (MHK) angegeben, die die niedrigste Konzentration eines Antibiotikums ist, die das sichtbare Wachstum eines Mikroorganismus hemmt, und vom Labor als 𠇊nfällig,” “resistent,&# x0201d oder “intermediate,” gemäß den Kriterien des Clinical and Laboratory Standards Institute. Ein Bericht über “susceptible” weist darauf hin, dass das Isolat wahrscheinlich durch die normalerweise erreichbare Konzentration eines bestimmten antimikrobiellen Wirkstoffs gehemmt wird, wenn die empfohlene Dosierung für die jeweilige Infektionsstelle verwendet wird. Aus diesem Grund sind MHKs verschiedener Wirkstoffe für einen bestimmten Organismus nicht direkt vergleichbar. MHKs von 1 (anfällig) für Ciprofloxacin und 2 (anfällig) für Ceftriaxon gegen Escherichia coli bedeuten nicht, dass Ciprofloxacin doppelt so wirksam ist wie Ceftriaxon. Stattdessen weist es darauf hin, dass Konzentrationen, die durch Verabreichung der empfohlenen Dosierungen beider Arzneimittel erreicht werden, wahrscheinlich gegen den Organismus wirksam sind. Obwohl die AST-Ergebnisse im Allgemeinen sehr nützlich sind, um das Antibiotika-Regime einzuschränken, weist die AST einige Einschränkungen auf, die beachtet werden sollten. Erstens ist es sowohl für Kliniker als auch für Laborpersonal wichtig, sich der Infektionsstelle bewusst zu sein. Zum Beispiel ein Isolat von S. aureus in vitro als empfindlich gegenüber Cefazolin gemeldet werden könnte, wäre Cefazolin jedoch keine optimale therapeutische Wahl, wenn dieses spezielle Isolat aus der Liquor cerebrospinalis (CSF) gewonnen würde, da es keine therapeutischen Konzentrationen im Liquor erreicht. Klinische Labors können unterschiedliche AST-Interpretationen für verschiedene Infektionsherde bereitstellen (z. B. AST-Ergebnisse für Meningitis und Nichtmeningitis für Lungenentzündung). Darüber hinaus tragen einige Organismen Enzyme, die, wenn sie in vivo exprimiert werden, antimikrobielle Mittel inaktivieren können, für die der Organismus in vitro anfällig ist. Obwohl ihr Vorhandensein aus den AST-Ergebnissen nicht sofort ersichtlich ist, können bestimmte AST-“-Muster” einen Hinweis auf ihre Existenz geben. Zum Beispiel Extended-Spectrum-β-Lactamasen (ESBLs) in Enterobakterien sind Enzyme, die eine Resistenz gegen fast alle β-Lactam-Wirkstoffe mit Ausnahme von Carbapenemen (z. B. Meropenem oder Imipenem) vermitteln. Extended-Spectrum-β-Lactamasen können schwierig zu erkennen sein, da sie unterschiedliche In-vitro-Aktivitäten gegen verschiedene Cephalosporine aufweisen. In der klinischen Praxis sollte eine Anfälligkeit gegenüber Cephamycinen (Cefoxitin, Cefotetan), aber eine Resistenz gegenüber einem Cephalosporin der dritten Generation (z. B. Cefpodoxim, Cefotaxim, Ceftriaxon, Ceftazidim) oder Aztreonam auf die Möglichkeit einer ESBL-Produktion aufmerksam machen. Die Bildung von ESBL sollte auch vermutet werden, wenn die Behandlung mit β-Lactamen trotz offensichtlicher In-vitro-Empfindlichkeit fehlschlägt. Dies sollte zu zusätzlichen Tests führen, bei denen die Bakterien normalerweise in Gegenwart eines Cephalosporins der dritten Generation allein gezüchtet werden und in Kombination mit Clavulansäure (einem β-Lactamase-Inhibitor) eine verstärkte bakterielle Hemmung bei Zugabe von Clavulansäure auf ESBL hindeutet. Beim Nachweis durch das Labor sollten diese Bakterien als resistent gegen alle β-Lactam-Wirkstoffe mit Ausnahme der Carbapenem-Klasse angesehen werden.

Im Allgemeinen empfiehlt es sich, direkt mit dem mikrobiologischen Labor zu kommunizieren, wenn die Muster der antimikrobiellen Empfindlichkeit ungewöhnlich erscheinen. Es ist auch nützlich, sich der Einschränkungen von AST im örtlichen Labor bewusst zu sein, insbesondere in kleineren Krankenhäusern (z auf Anfrage).

Bakterizide vs. bakteriostatische Therapie

Eine häufig verwendete Unterscheidung zwischen antibakteriellen Mitteln ist die von bakteriziden vs. bakteriostatischen Mitteln. Bakterizide Medikamente, die den Tod und die Zerstörung der Bakterienzelle verursachen, umfassen Medikamente, die hauptsächlich auf die Zellwand (z. B. β-Lactame), die Zellmembran (z. B. Daptomycin) oder bakterielle DNA (z. B. Fluorchinolone) wirken. Bakteriostatika hemmen die bakterielle Replikation, ohne den Organismus abzutöten. Die meisten bakteriostatischen Medikamente, einschließlich Sulfonamide, Tetracycline und Makrolide, wirken, indem sie die Proteinsynthese hemmen. Die Unterscheidung ist nicht absolut, und einige Mittel, die gegen bestimmte Organismen bakterizid wirken, können nur gegen andere bakteriostatisch sein und umgekehrt. In den meisten Fällen ist diese Unterscheidung in vivo nicht signifikant, jedoch werden bakterizide Mittel bei schweren Infektionen wie Endokarditis und Meningitis bevorzugt, um eine schnelle Heilung zu erreichen.

Verwendung antimikrobieller Kombinationen

Obwohl im Allgemeinen eine antimikrobielle Therapie mit einem einzigen Wirkstoff bevorzugt wird, wird in einigen Fällen eine Kombination von 2 oder mehr antimikrobiellen Wirkstoffen empfohlen.

Wenn Wirkstoffe eine synergistische Aktivität gegen einen Mikroorganismus zeigen. Synergie zwischen antimikrobiellen Wirkstoffen bedeutet, dass bei einer in vitro-Untersuchung die kombinierte Wirkung der Wirkstoffe größer ist als die Summe ihrer unabhängigen Aktivitäten, wenn sie separat gemessen werden. 8 Beispielsweise zeigt die Kombination bestimmter β-Lactame und Aminoglykoside eine synergistische Wirkung gegen eine Vielzahl grampositiver und gramnegativer Bakterien 9 und wird bei der Behandlung schwerer Infektionen eingesetzt, für die eine schnelle Abtötung unerlässlich ist (z. Behandlung von Endokarditis verursacht durch Enterokokken Arten mit einer Kombination aus Penicillin und Gentamicin). In diesem Zusammenhang hat sich die Zugabe von Gentamicin zu Penicillin als bakterizid erwiesen, während Penicillin allein nur bakteriostatisch wirkt und Gentamicin allein keine signifikante Wirkung hat. Bei bestimmten Streptokokken können ähnliche synergistische Kombinationen, die zu einer schnelleren Beseitigung des infizierenden Mikroorganismus führen, auch verwendet werden, um den Verlauf der antimikrobiellen Therapie zu verkürzen (z 4 Wochen lang so wirksam sein wie Penicillin oder Ceftriaxon allein). 10,11

Wenn schwerkranke Patienten eine empirische Therapie benötigen, bevor die mikrobiologische Ätiologie und/oder die antimikrobielle Empfindlichkeit bestimmt werden kann. Antibiotika-Kombinationen werden, wie bereits diskutiert, in der empirischen Therapie bei versorgungsassoziierten Infektionen eingesetzt, die häufig durch Bakterien verursacht werden, die gegen mehrere Antibiotika resistent sind. In dieser Situation wird eine Kombinationstherapie verwendet, um sicherzustellen, dass mindestens 1 der verabreichten antimikrobiellen Wirkstoffe gegen den/die verdächtigen Organismus(e) wirksam ist. Wenn beispielsweise ein Patient, der seit mehreren Wochen im Krankenhaus liegt, einen septischen Schock entwickelt und in Blutkulturen gramnegative Bazillen wachsen sollen, wäre es angemessen, eine Ersttherapie mit 2 Wirkstoffen durchzuführen, die insbesondere gegen gramnegative Bazillen wirksam sind P aeruginosa, das sowohl ein häufiger nosokomialer Erreger ist als auch häufig gegen mehrere Wirkstoffe resistent ist—in diesem Fall könnte eine Kombination eines antipseudomonalen β-Lactams mit einem Fluorchinolon oder Aminoglykosid verwendet werden.

Erweitern des antimikrobiellen Spektrums über das hinaus, das durch die Verwendung eines einzelnen Wirkstoffs zur Behandlung polymikrobieller Infektionen erreicht wird. Wenn angenommen wird, dass Infektionen durch mehr als einen Organismus verursacht werden, kann ein Kombinationsschema bevorzugt werden, da es das antimikrobielle Spektrum über das hinaus erweitern würde, das von einem einzelnen Wirkstoff erreicht wird. Zum Beispiel werden die meisten intraabdominalen Infektionen normalerweise durch mehrere Organismen mit einer Vielzahl von grampositiven Kokken, gramnegativen Bazillen und Anaerobiern verursacht. Antimikrobielle Kombinationen wie ein Cephalosporin der dritten Generation oder ein Fluorchinolon plus Metronidazol können in diesen Fällen als potenzielle Behandlungsoption eingesetzt werden und können manchmal kostengünstiger sein als ein vergleichbarer Einzelwirkstoff (z. B. ein Carbapenem).

Um das Entstehen von Widerstand zu verhindern. Das Auftreten resistenter Mutanten in einer Bakterienpopulation ist im Allgemeinen das Ergebnis des Selektionsdrucks einer antimikrobiellen Therapie. Vorausgesetzt, dass die Resistenzmechanismen gegen 2 antimikrobielle Mittel unterschiedlich sind, ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein mutierter Stamm gegen beide antimikrobiellen Mittel resistent ist, viel geringer als die Wahrscheinlichkeit, dass er gegen einen der beiden resistent ist. Mit anderen Worten, die Verwendung einer Kombinationstherapie würde eine bessere Chance bieten, dass mindestens ein Arzneimittel wirksam ist, wodurch verhindert wird, dass die resistente Mutantenpopulation als dominanter Stamm auftaucht und therapeutisches Versagen verursacht. Daher wird die Kombinationstherapie als Standard zur Behandlung von Infektionen wie Tuberkulose und dem Humanen Immunschwächevirus (HIV) eingesetzt, wenn die Behandlungsdauer voraussichtlich verlängert wird, relativ leicht Resistenzen auftreten können und die Therapeutika begrenzt sind.

Bei der Auswahl antimikrobieller Wirkstoffe zu berücksichtigende Wirtsfaktoren

Obwohl es für Kliniker hilfreich ist, sich mit einigen spezifischen antimikrobiellen Wirkstoffen vertraut zu machen, ist ein Ansatz der “one size fits all” bei der antimikrobiellen Auswahl nicht geeignet, und mehrere Wirtsfaktoren müssen berücksichtigt werden. Veröffentlichte Leitlinien zu geeigneten Dosisanpassungen für einzelne antimikrobielle Wirkstoffe sind aus einer Vielzahl von Quellen erhältlich. 12,13

Nieren- und Leberfunktion. Da die Niere und die Leber die primären Organe sind, die für die Ausscheidung von Arzneimitteln aus dem Körper verantwortlich sind, ist es wichtig zu bestimmen, wie gut sie während der antimikrobiellen Verabreichung funktionieren. In den meisten Fällen geht es um eine Dosisreduktion, um eine Akkumulation und Toxizität bei Patienten mit eingeschränkter Nieren- oder Leberfunktion zu verhindern. Manchmal müssen jedoch die Dosen möglicherweise erhöht werden, um eine Unterdosierung junger gesunder Patienten mit schneller renaler Elimination oder solchen mit schneller Lebermetabolisierung aufgrund einer Enzyminduktion durch gleichzeitige Anwendung von Arzneimitteln wie Rifampin oder Phenytoin zu vermeiden.

Alter. Patienten beider Altersextreme gehen mit Medikamenten unterschiedlich um, hauptsächlich aufgrund von Unterschieden in Körpergröße und Nierenfunktion. Die Dosierung der meisten pädiatrischen Arzneimittel richtet sich nach dem Gewicht.Bei geriatrischen Patienten spiegelt der Serumkreatininspiegel allein die Nierenfunktion nicht vollständig wider, und die Kreatinin-Clearance sollte bei diesen Patienten unter Berücksichtigung von Alter und Gewicht geschätzt werden.

Genetische Variation. Die genetische Anfälligkeit für die nachteiligen Wirkungen antimikrobieller Mittel, die für mehrere antimikrobielle Mittel nachgewiesen wurde, ist gelegentlich signifikant genug, um vor der Verabreichung bestimmter Medikamente eine Prüfung auf eine solche Variabilität zu rechtfertigen. 8 Zum Beispiel ist das antiretrovirale Medikament Abacavir, das zur Standardkombinationsbehandlung der HIV-Infektion geworden ist, mit einer gut beschriebenen und potenziell tödlichen Überempfindlichkeitsreaktion verbunden, die sich in einer beliebigen Kombination von Fieber, Hautausschlag, Bauchschmerzen und Atemwegsschmerzen manifestieren kann Not. Das Risiko für diese Reaktion ist bei Patienten mit dem humanen Leukozyten-Antigen-Allel HLA-B*5701, 14 signifikant höher, und die aktuellen HIV-Behandlungsrichtlinien empfehlen vor der Verschreibung dieses Arzneimittels ein routinemäßiges Screening auf das Vorhandensein dieser genetischen Anfälligkeit bei Patienten. Ein weiteres Beispiel ist der Mangel an Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase (G6PD), der bei Personen zu Hämolyse führen kann, wenn sie bestimmten antimikrobiellen Mitteln wie Dapson, Primaquin und Nitrofurantoin ausgesetzt sind. Diese Medikamente sollten bei Patienten mit bekanntem G6PD-Mangel vermieden werden, und es ist ratsam, diese Veranlagung bei Patienten mit einem höheren Risiko für einen G6PD-Mangel (z. B. Afroamerikaner) zu testen, bevor diese Medikamente verschrieben werden. Viele antimikrobielle Wirkstoffe werden über das hepatische Cytochrom-P450-System verarbeitet, und obwohl die Expression dieser Enzyme variiert, liegen keine ausreichenden Daten vor, um routinemäßige klinische Tests als Richtschnur für die antimikrobielle Dosierung zu empfehlen.

Schwangerschaft und Stillzeit. Besondere Erwägungen für die Anwendung antimikrobieller Wirkstoffe in der Schwangerschaft beziehen sich sowohl auf die Mutter als auch auf den Fötus. Bei der Mutter kann ein Anstieg des Plasmavolumens und des renalen Blutflusses, insbesondere im dritten Trimester, zu einer schnelleren Clearance und niedrigeren Serumspiegeln von Arzneimitteln, einschließlich antimikrobieller Wirkstoffe, führen. Es liegen jedoch nur spärliche Daten zur Untermauerung der klinischen Relevanz dieser Veränderung vor, und im dritten Schwangerschaftstrimester werden routinemäßig keine höheren antimikrobiellen Dosen empfohlen. Einige Experten empfehlen eine erhöhte Dosis mehrerer Proteasehemmer zur Behandlung einer HIV-Infektion in der Schwangerschaft. Im Fall des sich entwickelnden Fötus können viele antimikrobielle Mittel entweder teratogen oder anderweitig toxisch für den Fötus sein. Penicilline, Cephalosporine und Makrolide waren in der Vergangenheit die am häufigsten verwendeten antimikrobiellen Wirkstoffe, die in der Schwangerschaft als sicher gelten. 15 Im Gegensatz dazu wurden in dieser Studie Wirkstoffe wie Sulfonamide und Nitrofurantoin, die in der Frühschwangerschaft bisher nicht als schädlich galten, mit mehreren Geburtsfehlern in Verbindung gebracht. Andere Arzneimittel, wie Tetracycline und Chloramphenicol, haben gut beschriebene Nebenwirkungen auf das Fötus oder Neugeborene und sollten vermieden werden. Im Allgemeinen sind jedoch Humanstudien zur Sicherheit vieler antimikrobieller Wirkstoffe in der Schwangerschaft und Stillzeit begrenzt, und antimikrobielle Wirkstoffe sollten mit Vorsicht verschrieben werden.

Geschichte der Allergie oder Intoleranz. Bei der Beurteilung und Behandlung einer Infektion sollte routinemäßig eine Vorgeschichte einer antimikrobiellen Allergie oder Intoleranz erhoben werden (für eine ausführlichere Diskussion siehe “Unerwünschte Wirkungen”).

Geschichte der jüngsten antimikrobiellen Verwendung. Auch die Ermittlung einer Exposition gegenüber antimikrobiellen Wirkstoffen in der jüngeren Vergangenheit (ca. 3 Monate) kann bei der Auswahl einer antimikrobiellen Therapie hilfreich sein. Da der ursächliche Mikroorganismus für eine aktuelle Infektionsepisode unter dem Selektionsdruck eines kürzlich verwendeten antimikrobiellen Mittels entstanden ist, ist er wahrscheinlich gegen dieses Medikament und/oder diese Medikamentenklasse resistent, und es sollte ein alternatives Mittel verwendet werden.

Orale vs. intravenöse Therapie

Patienten, die mit Infektionen ins Krankenhaus eingeliefert werden, werden häufig mit einer intravenösen antimikrobiellen Therapie behandelt, da ihre Aufnahme oft durch die Schwere ihrer Infektion veranlasst wird. Patienten mit leichten bis mittelschweren Infektionen, die aus anderen Gründen (z. B. Dehydration, Schmerzkontrolle, Herzrhythmusstörungen) ins Krankenhaus eingeliefert werden müssen und die eine normale Magen-Darm-Funktion haben, sind jedoch Kandidaten für eine Behandlung mit gut resorbierbaren oralen antimikrobiellen Mitteln (z. B. Behandlung von Pyelonephritis und ambulanter Behandlung). erworbene Lungenentzündung mit oralen Fluorchinolonen). Darüber hinaus können Patienten, die zunächst mit einer parenteralen Therapie behandelt werden, sicher auf orale Antibiotika umgestellt werden, wenn sie klinisch stabil sind. Bei Anwendung einer oralen Therapie bei invasiven Infektionen (wie Lungenentzündung, Pyelonephritis oder Abszessen) wird Ärzten empfohlen, einen Wirkstoff auszuwählen, der eine ausgezeichnete Resorption und Bioverfügbarkeit aufweist (dh den Prozentsatz der oralen Dosis, der unverändert im Serum verfügbar ist). Beispiele für Antibiotika mit ausgezeichneter Bioverfügbarkeit sind Fluorchinolone, Linezolid, Trimethoprim-Sulfamethoxazol und Metronidazol. Bei schwerwiegenderen Infektionen, wie z. B. infektiöse Endokarditis und Infektionen des zentralen Nervensystems (z. B. Meningitis), bei denen hohe Serum- oder Liquorkonzentrationen erwünscht sind, ist eine Umstellung auf eine orale Therapie weniger zuverlässig und wird im Allgemeinen nicht empfohlen. 10

Pharmakodynamische Eigenschaften

Neben Wirtsfaktoren können auch die pharmakodynamischen Eigenschaften antimikrobieller Wirkstoffe bei der Festlegung eines Dosierungsschemas von Bedeutung sein. Dies betrifft insbesondere das Konzept der zeitabhängigen vs. konzentrationsabhängigen Tötung. 11 Arzneimittel mit zeitabhängiger Aktivität (β-Lactame und Vancomycin) haben eine relativ langsame bakterizide Wirkung. Daher ist es wichtig, dass die Serumkonzentration die MHK für die Dauer des Dosierungsintervalls überschreitet, entweder durch kontinuierliche Infusion oder durch häufige Dosierung. Im Gegensatz dazu haben Medikamente, die eine konzentrationsabhängige Abtötung zeigen (Aminoglykoside, Fluorchinolone, Metronidazol und Daptomycin), eine verstärkte bakterizide Aktivität, wenn die Serumkonzentration erhöht wird. Bei diesen Wirkstoffen ist die “peak”-Serumkonzentration und nicht die Häufigkeit des Dosierungsintervalls enger mit der Wirksamkeit verbunden. Um den Einfluss dieser Unterscheidung auf die Dosierungsoptionen zu veranschaulichen, können wir das Beispiel einer 70-jährigen Frau mit einer Kreatinin-Clearance von geschätzten 30 ml/min nehmen, die mit Ciprofloxacin wegen einer Pyelonephritis behandelt wird, die verursacht wird durch E coli. Antimikrobielle Dosierungsrichtlinien legen nahe, dass eine Dosis von entweder 250 mg oral alle 12 Stunden oder 500 mg alle 24 Stunden eine akzeptable Modifikation für ihre eingeschränkte Nierenfunktion ist. Da Ciprofloxacin jedoch eine konzentrationsabhängige Abtötung zeigt, wäre die Wahl des letztgenannten Dosierungsschemas angemessener. 16 Wenn dagegen derselbe Patient mit intravenösem Ampicillin behandelt würde, bei dem die Zeit über der MHK enger mit der Wirksamkeit zusammenhängt, wäre eine Dosis von 1 g alle 4 Stunden gegenüber 2 g alle 8 Stunden vorzuziehen.

Wirksamkeit am Infektionsort

Neben der antimikrobiellen Aktivität in vitro und dem Erreichen angemessener Serumspiegel hängt die Wirksamkeit antimikrobieller Mittel von ihrer Fähigkeit ab, eine Konzentration gleich oder höher als die MHK an der Infektionsstelle zu erreichen und die Aktivität an bestimmten Stellen zu verändern. Antimikrobielle Konzentrationen, die an einigen Stellen (zB Augenflüssigkeit, Liquor, Abszesshöhle, Prostata und Knochen) erreicht werden, sind oft viel niedriger als die Serumspiegel. Cephalosporine und Makrolide der ersten und zweiten Generation passieren beispielsweise die Blut-Hirn-Schranke nicht und werden nicht für Infektionen des zentralen Nervensystems empfohlen. Fluorchinolone erreichen hohe Konzentrationen in der Prostata und sind bevorzugte orale Mittel zur Behandlung von Prostatitis. 17 Daptomycin, ein ausgezeichnetes bakterizides Mittel gegen grampositive Bakterien, ist zur Behandlung von Lungenentzündung (z. B. Pneumokokken-Pneumonie) nicht geeignet, da es durch Lungensurfactant inaktiviert wird. 18 Viele Antibiotika (z. B. Aminoglykoside) sind in der Umgebung mit niedrigem Sauerstoffgehalt, niedrigem pH-Wert und hohem Proteingehalt von Abszessen weniger aktiv, und es wird, wenn möglich, eine Drainage von Abszessen zur Verstärkung der antimikrobiellen Wirksamkeit empfohlen. 8 Wirkstoffe derselben Klasse können sich voneinander unterscheiden, z. B. erreicht Moxifloxacin aufgrund seiner geringen renalen Ausscheidung keine signifikanten Konzentrationen im Urin und ist daher nicht für die Behandlung von Harnwegsinfektionen geeignet anfällige Bakterien. Das Vorhandensein von Fremdkörpern an der Infektionsstelle beeinflusst auch die antimikrobielle Aktivität (siehe 𠇊ntimikrobielle Therapie bei fremdkörperassoziierten Infektionen”).

Auswahl antimikrobieller Wirkstoffe für die ambulante parenterale antimikrobielle Therapie

Um die Kosten zu senken und mit Hilfe von Fortschritten sowohl bei antimikrobiellen Wirkstoffen als auch bei der Technologie zur Unterstützung der antimikrobiellen Verabreichung, hat sich die längerfristige Behandlung schwerer Infektionen mit intravenösen oder parenteralen antimikrobiellen Wirkstoffen zunehmend vom Krankenhaus in die ambulante Umgebung verlagert, und Leitlinien zur Unterstützung bei Bereitstellung einer hochwertigen ambulanten parenteralen antimikrobiellen Therapie (OPAT) entwickelt. 19 Die Therapie kann über einen von mehreren Arten von Verweilkathetern für den zentralen Venenzugang erfolgen (am häufigsten wird ein peripher eingeführter Zentralkatheter verwendet) und kann in einem Infusionszentrum, durch eine Hauskrankenschwester, durch Selbstverabreichung oder in ein Pflegeheim. 6 Neben den bereits diskutierten allgemeinen Grundsätzen zur Auswahl antimikrobieller Wirkstoffe bedarf OPAT weiterer Überlegungen. Erstens wird unter sonst gleichen Bedingungen ein Mittel bevorzugt, das eine weniger häufige Verabreichung erfordert. Zum Beispiel zur Behandlung von Osteomyelitis oder anderen schweren Infektionen durch Methicillin- oder Oxacillin-sensitive S. aureus, Cefazolin wird häufig anstelle von Nafcillin oder Oxacillin verwendet, da es eine Verabreichung alle 8 Stunden ermöglicht. Seine Verwendung macht eine Behandlung außerhalb des Krankenhauses viel leichter durchführbar als die Verabreichung alle 4 Stunden, die für die anderen Medikamente erforderlich ist. Wirkstoffe mit ein- oder zweimal täglicher Dosierung haben für OPAT an Popularität gewonnen und umfassen Ceftriaxon, Ertapenem, Vancomycin und Daptomycin. Eine Alternative für die meisten β-Lactame, die eine häufige Dosierung erfordern, ist die Verwendung einer kontinuierlichen Infusionspumpe, jedoch kann ein solches Gerät häufig kostenintensiv sein. Zweitens muss das Mittel eine chemische Stabilität aufweisen und sollte nach dem Mischen etwa 24 Stunden anhalten, um genügend Zeit für die Abgabe und Verabreichung zu lassen. Als wichtige Veranschaulichung des Prinzips ist die Anwendung von intravenösem Ampicillin für OPAT durch Selbstverabreichung oder kontinuierliche Infusion aufgrund einer kurzen (ca. 8 Stunden) Stabilitätsperiode bei Raumtemperatur oft ausgeschlossen. Ampicillin oder Penicillin (in Kombination mit einem Aminoglykosid) ist das Mittel der Wahl bei Endokarditis, die durch Penicillin-sensitive Enterokokken verursacht wird. Daher erfordert die OPAT für diese Art von Infektion normalerweise entweder einen Aufenthalt in einem Pflegeheim oder die Investition in ein kontinuierliches Infusionsgerät (nur für Penicillin). Drittens werden Mittel mit minimaler Toxizität oder vorhersagbarer Toxizität, die einer Überwachung zugänglich sind, bevorzugt, da OPAT im Allgemeinen im Zusammenhang mit einer längerfristigen antimikrobiellen Therapie verwendet wird. Schließlich sollte, sofern eine Adhärenz zu erwarten ist, die Anwendung oraler Medikamente (wie in “Orale vs. intravenöse Therapie” besprochen) im ambulanten Bereich erwogen werden.

Einsatz des therapeutischen Arzneimittelmonitorings

Die Überwachung der Serumkonzentrationen für Medikamente ist am nützlichsten für Medikamente, die einen relativ engen therapeutischen Index haben, der das Verhältnis der toxischen zur therapeutischen Dosis ist. Glücklicherweise haben die meisten antimikrobiellen Wirkstoffe einen breiten therapeutischen Index, der die Verwendung von Standarddosen ermöglicht, mit vorhersagbaren Modifikationen auf der Grundlage von Alter, Gewicht sowie Nieren- und Leberfunktion. Bestimmte antimikrobielle Mittel erfordern jedoch eine Überwachung der Serumspiegel, da das therapeutische Fenster eng ist. Dies könnte in erster Linie auf eine Toxizität bei hohen Konzentrationen (z. B. Aminoglykoside) 21 oder ein therapeutisches Versagen bei niedrigen Arzneimittelspiegeln (z. B. Vancomycin) 22,23 zurückzuführen sein, ist aber normalerweise eine Kombination von beidem (z. B. Voriconazol). 24 In einigen Fällen wird die Überwachung des Serum-Wirkstoffspiegels durch seine positive Wirkung auf die klinischen Ergebnisse unterstützt (z. B. Voriconazol bei der Behandlung von invasiven Pilzinfektionen). 24


Mitgliedschaften

Abteilung für Oralbiologie, College of Dentistry, University of Florida, Gainesville, FL, USA

Center for Cell Factories and Biopolymers, Griffith Institute for Drug Discovery, Griffith University, Brisbane, QLD, Australien

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Beiträge

Beide Autoren recherchierten Daten für den Artikel, diskutierten den Inhalt, schrieben den Artikel und überprüften und bearbeiteten das Manuskript vor der Einreichung.

Korrespondierender Autor


Gruppenmitglieder

Joel S. Freundlich, Ph.D., ist außerordentlicher Professor für Pharmakologie, Physiologie und Neurowissenschaften sowie für Medizin an der Rutgers University und New Jersey Medical School. Vor seiner Rückkehr in die akademische Forschung war er acht Jahre als Medizinalchemiker in der pharmazeutischen Industrie tätig. Sein Bachelor- und Masterstudium absolvierte er in Chemieingenieurwesen an der Cornell University als McMullen Dean's Scholar. Er promovierte in organischer Chemie am Massachusetts Institute of Technology unter der Leitung des Nobelpreisträgers für Chemie 2005, Richard Schrock.

Aktuelle Mitglieder der Freundlich-Gruppe

Anil Shelke, Ph.D. , ist Postdoc, seit Januar 2020 im Forschungslabor von Professor Freundlich am Department of Pharmacology & Physiology der Rutgers University-New Jersey Medical School.

Vor seinem Eintritt in die Freundlich-Forschungsgruppe arbeitete er als Postdoctoral Research Associate bei Cetya Therapeutics im Laborbereich am Department of Chemistry der Colorado State University (von Januar 2018 bis Januar 2020) bei Prof. Robert M. Williams (University Distinguished Professor ), wo er an der Synthese von Histon-Deacetylase-Hemmern (HDACi) auf Basis des Naturstoffs Largazol beteiligt war. Er arbeitete auch an der Synthese von Peptid-Isosteren von Largazol (CT-101) und Analoga, bei denen der Thiazolring mit einer Hydroxymethylphenyl-Einheit zur Konjugation von Krebszelloberflächen-Targeting-Einheiten funktionalisiert wurde.

Bevor er der Gruppe von Prof. William beitrat, erhielt er seinen Ph.D. Abschluss in Organischer Chemie am CSIR-National Chemical Laboratory, Pune, Indien im Jahr 2018 unter der Leitung von Dr. Gurunath Suryavanshi (Sr. Principal Scientist und Associate Professor), wo sich seine Dissertation auf die Totalsynthese bioaktiver Moleküle konzentrierte über Organokatalyse und Synthesemethoden mit C-C- und C-N-Bindungsbildungsreaktionen.

Vor dem Eintritt in den Ph.D. Im Jahr 2010 erhielt Anil seinen Master-Abschluss in Chemie vom N. Wadia College, Pune, (University of Pune) mit First Class (67%). Vor seinem Master-Abschluss erwarb er im Jahr 2008 seinen Bachelor-Abschluss in Chemie am B. J. College, Pune (University of Pune) mit First Class with Distinction (83%).

Anil hat Erfahrung in der synthetischen organischen Chemie. Er veröffentlichte 9 Forschungsartikel in renommierten Zeitschriften und hat 4 Patente.

Pamela Barnett ist Doktorand im Bereich Infektion, Immunität und Entzündung hier an der Rutgers Graduate School of Biomedical Sciences. Sie untersucht, wie kleine Moleküle von gramnegativen Krankheitserregern verstoffwechselt werden und arbeitet an der Entwicklung antibakterieller Entdeckungsassays. Vor ihrem Eintritt in das Freundlich-Labor erwarb sie ihren BS-Abschluss an der University of Rochester (UR). Während ihrer Zeit in UR untersuchte sie unter der Anleitung von Dr. Paul M. Dunman die antibakterielle Resistenz von Methicillin Resistant Staphylococcus aureus und Acinetobacter baumannii in nicht-traditionellen Labormedien. Sie half auch bei der Bewertung der Wirksamkeit von Hit-Verbindungen. Nach ihrer Zeit bei UR arbeitete Pamela bei Charles River Laboratories und Sanofi Genzyme als Qualitätskontrollanalytikerin. Später absolvierte sie ihren MS-Abschluss an der American University. Ihre Abschlussarbeit bei Dr. Jeffery Kaplan konzentrierte sich auf die Charakterisierung einer neuartigen antimikrobiellen Verbindung, die aus einem marinen Bakterium isoliert wurde. Pamela genießt es, ihre Arbeit mit anderen Fachgebieten zu kommunizieren und interessiert sich für die biologische Wissenschaft der Wirkstoffforschung und -entwicklung sowie für die geschäftliche Seite der Markteinführung eines Medikaments.

Samer Sami Daher ist Postdoc im Forschungslabor von Professor Freundlich am Department of Pharmacology & Physiology der Rutgers University-New Jersey Medical School. Er erhielt seinen Ph.D. Abschluss in Organischer Chemie an der Temple University unter der Leitung von Professor Rodrigo Andrade, wo sich seine Doktorarbeit auf die Synthese und Bewertung von Antibiotika konzentrierte, die auf resistente Krankheitserreger abzielen, sowie auf die Erforschung neuer Methoden für den Zugang zu verschiedenen Strukturgerüsten. Vor dem Eintritt in den Ph.D. Samer erwarb 2012 seinen Master of Science in Biotechnologie an der Georgetown University in Washington, DC (AUB) in Beirut, Libanon.

Samer strebt in Zukunft Lehrpositionen an primär grundständigen Institutionen an, wo er sein Fachwissen durch Ausbildung und Lehre an neue Leute weitergeben und seine Fähigkeiten weiterentwickeln könnte, die die "Geiste" der Führungskräfte von morgen prägen könnten. Zögern Sie nicht, ihn für jede mögliche Position / Gelegenheit zu erreichen.

Yong-Mo Ahn, Ph.D., ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor. Er verfügt über Expertise in Biochemie, Enzymologie, Molekulare Modellierung, Strukturbiologie, Assay-Entwicklung, Mikro- und Molekularbiologie in der Wirkstoffforschung. Vor seinem Eintritt in die Freundlich-Forschungsgruppe arbeitete er 5 Jahre bei Dr. Clifton E. Barry/Dr. Helena Boshoff als IRTA-Postdoc-Stipendiatin in der Tuberkulose-Forschungsabteilung der National Institutes of Health, wo er an verschiedenen Projekten in den drei Hauptkategorien Wirkstoffforschung/Assay-Entwicklung für essentielle Enzyme, Entwicklung von Krankheitsdiagnostikwerkzeugen sowie Identifizierung und Wirkmechanismus von Wirkstoff-Targets beteiligt war Studien.

Er erhielt seinen Ph.D. in Chemie von der University of Florida unter der Leitung von Dr. Nigel G. J. Richards. Seine Doktorarbeit beschäftigte sich mit der Hemmung und funktionellen Charakterisierung der glutaminabhängigen Asparagin-Synthetase aus humanen und Mycobacterium tuberculosis. Während seiner Promotion fand er menschliche Asparagin-Synthetase-Inhibitoren mit potenzieller klinischer Anwendung bei der Behandlung von Leukämie.Für den Bachelor- und Master-Abschluss ging er an die Wesleyan University in Middletown, CT, wo er bei Dr. Rex F. Pratt BA/MA-Forschung mit Schwerpunkt auf Synthese und kinetischen Studien neuartiger β-Lactamase-Substrate durchführte, um kinetische und strukturelle Konsequenzen von die Abgangsgruppe in den neuen β-Lactamase-Substraten.

Quan Jiang, Ph.D., ist ein Post-Doctoral Fellow und arbeitet an den KNIME-Anwendungen, um das Arzneimitteldesign zu rationalisieren. Er synthetisiert auch kleine Moleküle zur Behandlung von Mycobacterium tuberculosis .

Haseeb Mughal ist ein Bachelor-Student an der Rutgers University-Newark, der im Juni 2018 in das Freundlich Lab eingetreten ist. Er ist ein Student am Honors College, der derzeit einen Bachelor-Abschluss in Chemie mit Nebenfach Biologie anstrebt. Während seines Studiums hat er eine starke Leidenschaft für Chemie und Biologie entwickelt. Aufgrund seiner Leidenschaft für die Chemie hofft er, sein Wissen in Pharmakologie und Arzneimittelsynthese zu erweitern. Nach seinem Bachelor-Studium möchte er in organischer Chemie promovieren und seine Kenntnisse in der medizinischen Chemie erweitern.

Catherine Biava ist Bachelor-Studentin an der Rutgers University-New Brunswick, wo sie Maschinenbau als Hauptfach und Mathematik als Nebenfach studiert. Als Mitglied der Reilly Douglass Engineering Living Learning Community am Douglass Residential College wurde Catherine ermutigt, Forschungsmöglichkeiten zu erkunden. 2019 trat sie in ein Bauingenieurlabor ein, was ihr Interesse an der Datenanalyse weckte und zu einem Nebenfach in Mathematik führte. In diesem Labor sammelte und analysierte sie Daten über die Anzahl der Endbahngleise in den USA und erstellte schließlich eine Kostenschätzung für die Implementierung eines neuen Sicherheitsprotokolls. Im Juni 2020 trat Catherine dem Freundlich Lab bei, wo sie ihr Wissen zur Datenanalyse durch maschinelles Lernen erweitert.

Alumni (ehemalige Mitglieder der Freundlich-Gruppe)

Herr Matthew Sherwood : Graduate Student, Temple University

Herr Ethan Morrison: Medizinstudent

Herr Amir George: Medizinstudent

Dr. Andrew Bolinger

Dr. Xin Wang: Postdoktorand, Fortune and Rubin Labs, Harvard School of Public Health

Dr. Alexander L. Perryman: Senior Scientist II, Computational Chemistry, Repare Therapeutics

Dr. Ashley Weng: Fellow in Klinischer Neurophysiologie, Weill-Cornell

Herr Brendan Gesetz: Datenanalyst, Axis Group

Dr. Daigo Inoyama: Senior Scientist, Schrödinger

Dr. Divya Awasthi: Wissenschaftler, Seattle Genetics

Dr. Hiyun Kim

Frau Isabel Navarro: Doktorand, UPENN

Dr. Janaina Cruz Pereira: Datenwissenschaftler, VantAI

Dr. Jimmy Patel: Medizinstudent, Rutgers – NJMS

Herr Joseph Bilotta: Field Service Specialist, Metrohm USA

Dr. Justin Roberts: Aufsichtschemiker, US-EPA

Dr. K. Niccole Fuhr : Wissenschaftler, Coty Incorporated

Dr. Kurt Saionz: Leitender Wissenschaftler, Jacobus Pharmaceuticals

Herr Mark Jaskowski

Herr Mike Szymonifka: Exzellenter Chemiker im Ruhestand

Dr. Misun Koo: Patentanwalt Mintz Levin

Dr. Monica Anisetti: Arzt

Dr. Nisha Mittal: Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Bristol-Myers Squibb

Herr Omar Moral: Instrumentierungschemiker, SGS

Dr. Ravindra Jadhav : Wissenschaftler, Prozessentwicklung, Ash Steven LLC

Dr. Ricardo Gallardo-Macias: Leitender Wissenschaftler, University of Minnesota

Dr. Richard S. Pottorf: Assistant Professor, Anderson University

DR. Rinki Chauhan

Dr. Shao-Gang Li: Senior Research Scientist, Wilmington Pharmatech Co

DR. Srinivasan-Kandasamy

Dr. Steven Paget: Teamleiter, Venenum Biodesign

Frau Tenesha Boyd

Herr Tom Stratton: Graduate Student, Baran Lab - The Scripps Research Institute

Herr Wissam „Sam" Nasser: Medizinstudent, Rutgers – NJMS


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