Kristine Opsvik Wikene holder fire prøveglass som inneholder (fra venstre) sukrose, glukose, den flytende blandingen av de to stoffene og NADES-blandingen med lysfølsomt fargestoff.  (Foto: Bjarne Røsjø, UiO)
Kristine Opsvik Wikene holder fire prøveglass som inneholder (fra venstre) sukrose, glukose, den flytende blandingen av de to stoffene og NADES-blandingen med lysfølsomt fargestoff. (Foto: Bjarne Røsjø, UiO)

– Som å drepe bakterier med bulldoser

Doktorgradsstudent skulle undersøke hvordan en type lysbehandling kunne drepe bakterier, men så dukket det opp noen overraskende hjelpere underveis. 

Publisert

Det er like godt å lære seg et nytt faguttrykk med en gang: Eutektiske blandinger.

Disse blandingene er stoffer som forekommer naturlignaturlig og forkortes NADES etter den engelske betegnelsen «Natural deep eutectic solvents». En eutektisk blanding er en blanding som har lavere smeltepunkt enn utgangsstoffene.

I doktorgradsstudien sin har Kristine Opsvik Wikene funnet ut at disse NADES-ene kan drepe bakterier, uten bruk av forbindelser som er følsomme for lys – såkalte fotosensitizere, noe som hittil har vært vanlig. 

Den opprinnelige ideen var å lage NADES-blandinger som skulle brukes til å løse opp fotosensitizerne, som altså er en gruppe stoffer som virker bakteriedrepende når de bestråles med lys, med «riktig» bølgelengde.

– Men så oppdaget vi at også de rene NADES-ene, uten fotosensitisere, hadde bakteriedrepende effekt. Det var veldig overraskende, forteller Hjorth Tønnesen.

Resultatene har før til at universitetets innovasjonsselskap Inven2 har søkt om patent sammen med Wikene og professor Hanne Hjorth Tønnesen.

– Forskerne har i prinsippet funnet en ny type løsningsmidler for de lysaktiverte fargestoffene som brukes i bakteriedrepende fotodynamisk terapi, men vi ser også flere muligheter. Det er et stort behov i markedet for denne typen behandling, sier Jan Solberg, Technology Strategy Manager i Inven2.

Dreper også resistente bakterier

Wikene påpeker at de bakteriedrepende egenskapene er der allerede når NADES-blandingene brukes alene. 

– Men de blir forsterket hvis blandingene utsettes for lys med en spesiell bølgelengde. Hvis vi i tillegg tilsetter de lysfølsomme fargestoffene, blir den bakteriedrepende evnen enda sterkere. Vi har vist at det i noen tilfeller er nok med ekstremt små mengder av fargestoffene, sier Wikene.

Det er også en mulighet for at fotodynamisk behandling dreper antibiotikaresistente bakterier. Det gjør patentsøknaden bare mer interessant, for antibiotikaresistente bakterier er i ferd med å bli en alvorlig trussel mot store deler av moderne medisinsk behandling.

– Det har blitt forsøkt å dyrke fram bakterier som er resistente mot fotodynamisk behandling, men det ser ikke ut til at bakteriene klarer å stå imot. Til sammenlikning tok det bare et par år fra penicillin ble tatt i bruk på 1940-tallet til de første penicillinresistente bakteriene oppstod, sier Wikene.

Mot acne, sår og infeksjoner

Profesor Hanne Hjorth Tønnesen antyder at behandlingen kan få et bredt bruksområde. 

– Resultatene vi har hittil tyder på at de spesielle blandingene er godt egnet til behandling av infeksjoner på kroppens overflater. Fotsår hos diabetikere er for eksempel et stort og voksende problem, og vi tenker oss at blandingene kan stanse vanskelige infeksjoner i slike sår. Blandingene bør også kunne brukes mot for eksempel akne, infiserte brannsår eller ved behandling av sår i munnhulen, sier Tønnesen.

De to forskerne understreker at det uansett vil gå flere år før du kan gå og kjøpe de nye bakteriedrepende stoffene på apoteket.

– Den bakteriedrepende effekten er så langt bare demonstrert i laboratoriet. Vi må gjøre forsøk med dyremodeller, og deretter forsøk med mennesker, før dette kan bli et kommersielt produkt. Men vi mener virkelig at vi har funnet noe som er veldig spennende, sier Wikene.

Naturlige blandinger

Men hva er egentlig en NADES? Kristine Opsvik Wikene viser fram tre små prøveglass for å vise hva det handler om.

– Det ene glasset inneholder sukrose, altså det vanlige sukkeret vi bruker i maten. Sukrose er et fast stoff ved romtemperatur. Det andre glasset inneholder sukkerarten glukose, som også er et fast stoff. I det tredje glasset har jeg en blanding av de to sukkerartene, forteller hun.

Det pussige er at blandingen av de to faste stoffene er flytende og vannklar, nesten som om forskeren skulle ha utført et trylletriks. Den flytende blandingen inneholder nøyaktig like mange molekyler av sukrose og glukose – det er bare da blandingen får den spesielle strukturen som gjør at den blir flytende.

Wikene har også funnet NADES-blandinger med andre mengdeforhold. Felles for blandingene er at de inneholder stoffer som forekommer i mange typer celler; stoffer som sukkerarter, aminosyrer, organiske syrer som sitronsyre, og så videre.

Dreper bakterier med bulldozer

Den bakteriedrepende effekten av NADES-blandingene skyldes etter alt å dømme at det dannes frie radikaler – det vil si svært reaktive og kortlivede kjemiske forbindelser – når blandingene kommer i kontakt med bakteriene i nærvær av lys.

– Vi tror at disse frie radikalene angriper alle typer molekyler i en bakteriecelle, hele veien fra den ytre membranen til DNA inne i cellen. Bakteriene klarer ikke å utvikle resistens mot et så bredt angrep. Det blir nesten som å kjøre over bakteriene med bulldoser, forteller Hanne Hjorth Tønnesen.

De frie radikalene vil i prinsippet også angripe kroppens friske celler som befinner seg i nærheten av bakteriene som skal drepes, men fotosensitizerne løst i NADES tas heldigvis raskere opp i bakterier enn i de friske kroppscellene.

– Det betyr at vi har et tidsvindu. Hvis vi bruker en NADES med fotosensitizer og belyser det infiserte området umiddelbart, dreper vi bakteriene før det omkringliggende vevet blir påvirket, mener Tønnesen.

Alt må testes grundig

Inven2 håper nå at et legemiddelfirma vil kjøpe rettighetene til det som er beskrevet i patentet, eller at noen investorer blir så interessert at de etablerer en ny bedrift.

– Det er vanligvis nødvendig med omfattende klinisk testing før et nytt legemiddel kan bli godkjent, men i dette tilfellet består i alle fall noen av NADES-løsningene av stoffer som allerede er godt dokumentert. Kristine Opsvik Wikene har for eksempel beskrevet en NADES som rett og slett består av sitronsyre og sukrose, som begge er stoffer du kan finne i en vanlig tekopp. Vi håper derfor at det vil være enklere å få godkjent sårbehandling på mennesker med disse stoffene, antyder Solberg.

Inven2 ønsker uansett å legge til rette for at forskerne kan få ressurser til å undersøke nærmere for eksempel hvilke bakterier som er mest vanlige i leggsår, og hvor effektivt NADES tar knekken på dem.

– Vi tar derfor sikte på å søke Norges forskningsråd om midler fra Biotek2021 programmet. Det vil muliggjøre en større satsing på dette interessante prosjektet, forteller Solberg.

Har testet flere bakterier

De to forskerne har så langt testet effekten av NADES på bakteirer som Escherichia coli som er en vanlig tarmbakterie, Enterococcus faecalis som ofte forårsaker infeksjoner i munnhulen, Staphylococcus aureus som kan forårsake en lang rekke ulike infeksjoner, Staphylococcus epidermidis som kan danne biofilm på kateter og andre implantater, Pseudomonas aeruginosa som er vanlig i infiserte sår, og Klebsiella pneumoniae som ofte forårsaker lungebetennelse og sykehusinfeksjoner.

Bakterieforsøkene er utført hos Nordisk Institutt for Odontologisk Materialprøving (NIOM), som en del av et større samarbeidsprosjekt. NADES-blandinger tar også knekken på soppen Candica albicans, som ofte gir infeksjoner i munn og underlivet, særlig hos kvinner.

Referanser: 

Kristine Opsvik Wikene, Ellen Bruzell, Hanne Hjorth Tønnesen. Characterization and antimicrobial phototoxicity of curcumin dissolved in natural deep eutectic solvents(link is external). European Journal of Pharmaceutical Sciences Volume 80, 1, desember 2015.

Kristine Opsvik Wikene, Ellen Bruzell, Hanne Hjorth Tønnesen. Improved antibacterial phototoxicity of a neutral porphyrin in natural deep eutectic solvents(link is external). Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. Volume 148, juli 2015, Pages.