Mithilfe von Quantentechnologien ist es Wissenschaftlern gelungen, die Wirksamkeit von Antibiotika um ein Vielfaches zu steigern, was Ärzten helfen wird, das wichtigste Problem des 21. Jahrhunderts zu bewältigen - die bakterielle Resistenz gegen Medikamente.
Quantenpunkte sind die kleinsten Fragmente von Leitern oder Halbleitern, deren Ladungsträger (d. H. Elektronen) in allen drei Dimensionen räumlich begrenzt sind. In diesem Fall muss die Größe eines solchen Partikels so klein sein, dass die Quanteneffekte zumindest etwas signifikant sind. Wissenschaftler verwenden sie anstelle von Farbstoffen in verschiedenen Experimenten im Zusammenhang mit der Photoelektronik, um die Bewegungswege von Arzneimitteln und anderen Molekülen im Körper zu verfolgen. Es stellte sich heraus, dass das Potenzial von Quantenpunkten dadurch nicht ausgeschöpft wird: Forscher haben neue Anwendungen für sie gefunden, und dies wird anscheinend ein ernsthafter Schritt im Kampf gegen arzneimittelresistente Krankheitserreger und die von ihnen verursachten Infektionen sein.
Antibiotika und Quantentechnologien: Wissenschaftliche Synthese
In einer neuen Studie haben sich Antibiotika, die mit einer experimentellen Version von Quantenpunkten ausgestattet sind, als 1000 (!) Mal wirksamer bei der Bekämpfung von Bakterien erwiesen als ihre "regulären" Versionen. Die Punktbreite entspricht einem DNA-Strang mit nur 3 nm Durchmesser. Sie wurden aus Cadmiumtellurid hergestellt, einer stabilen kristallinen Verbindung, die häufig in der Photovoltaik verwendet wird. Die Elektronen in Quantenpunkten reagieren auf grünes Licht einer bestimmten Frequenz, wodurch sie sich an Sauerstoffmoleküle im Körper binden und Superoxid bilden. Die Bakterien, die es absorbieren, können Antibiotika nicht widerstehen - nach einem solchen "Mittagessen" ist ihre innere Chemie vollständig gestört.
Das Wissenschaftlerteam mischte unterschiedliche Anzahlen von Quantenpunkten mit unterschiedlichen Konzentrationen der fünf Antibiotika, um eine breite Palette von Testproben zu erstellen. Anschließend fügten sie diese Proben fünf Stämmen arzneimittelresistenter Bakterien hinzu, darunter dem Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus, auch bekannt als MRSA. In 480 Tests mit verschiedenen Kombinationen von Quantenpunkten, Antibiotika und Bakterien konnten mehr als 75% der Quantenpunktproben das Bakterienwachstum hemmen und sogar Bakterien mit niedrigeren Antibiotika-Dosen vollständig abtöten.
Antibiotikaresistenz: die Geißel des 21. Jahrhunderts
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Laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) ist Antibiotikaresistenz eine der größten Bedrohungen für Ernährungssicherheit, Gesundheit und Entwicklung in der Welt. Es kann jeden in jedem Land betreffen: Infektionen, die in der Vergangenheit leicht zu behandeln waren (wie Gonorrhoe, Lungenentzündung und Tuberkulose), werden im Laufe der Jahre zunehmend resistent gegen Antibiotika und sind daher schwieriger zu behandeln. Neben den offensichtlichen Gesundheitsrisiken und noch höheren Sterblichkeitsraten wirkt sich die Antibiotikaresistenz auf die Wirtschaft aus, da sie die medizinischen Kosten in die Höhe treibt und die Dauer des Krankenhausaufenthalts verlängert. Und obwohl die Entwicklung von Resilienz ein natürlicher Evolutionsprozess ist, gelingt es den Menschen, ihn noch weiter zu verschärfen. Zum Beispiel der Missbrauch und die häufige Verwendung von Antibiotika beim Menschen,und bei Tieren beschleunigt es diesen Prozess stark.
Allein in den Vereinigten Staaten leiden jedes Jahr mindestens 2.000.000 Menschen an einer erhöhten Antibiotikaresistenz. Wenn sich dies nicht ändert, wird die Antibiotikaresistenz bis 2050 mehr als 10 Millionen Menschen töten! Daher arbeiten Forscher auf der ganzen Welt auf vielfältige Weise daran, diesen Trend zu beeinflussen. Einige verwenden CRISPR, um Bakterien direkt anzugreifen, während andere nach Wegen suchen, um Pilzinfektionen abzuwehren. Wissenschaftler versuchen sogar, mit dem Mechanismus der Entstehung von Resistenzen fertig zu werden und Bakterien ihren Hauptvorteil zu nehmen.
Fazit
Natürlich ist die Verwendung von Quantenpunkten auch mit Schwierigkeiten verbunden. Eines davon ist Licht, das den Prozess aktiviert: Es sollte nicht nur eine Quelle haben, sondern auch die Strahlung selbst scheint nur durch wenige Millimeter Fleisch. Daher ist der Einsatz der Quantentherapie derzeit nur zur Lösung oberflächlicher Probleme wirklich wirksam. Dennoch kann dieses Problem auf sehr elegante Weise umgangen werden: Das Team arbeitet bereits an der Herstellung von Nanopartikeln, die auf Infrarotlicht reagieren - sie passieren den gesamten Körper und können zur Behandlung auch von Infektionen verwendet werden, deren Herde tief im Weich- und Knochengewebe liegen.
Wassili Makarow