Ontwikkeling van nieuwe antibiofilm coatings op basis van 2-aminoimidazoolen

Biofilm-gerelateerde infecties vormen een van de grootste uitdagingen van de moderne geneeskunde. Alomtegenwoordige en hardnekkige biofilms ondermijnen de huidige antimicrobiële strategieën en bevorderen de ontwikkeling van resistentie door de bacteriële tolerantie te vergroten. De extracellulaire matrix, die deze bacteriële sessiele gemeenschappen omhult, speelt een belangrijke rol in de weerstand van biofilms tegen veelvoorkomende reinigings- en desinfectieprocedures en antibioticabehandelingen. Extracellulaire polymere stoffen (EPS) als polysachariden en eiwitten zijn de hoofdbestanddelen van de biofilmmatrix en het inhiberen van hun productie is het afgelopen decennium ons strategische doel geweest. De identificatie van een nieuwe klasse van antibiofilm-verbindingen op basis van 2-aminoimidazolen (2-AIs) betekende het begin van een nieuwe onderzoekslijn in onze laboratoria. 2-AIs oefenen hun antibiofilm-specifieke activiteit uit door de remming van de productie van EPS (d.w.z. cellulose en curli). Hierdoor wordt de structuur van de biofilm verzwakt en worden bacteriële cellen vatbaarder voor mechanische en chemische stress. Onze meest geavanceerde toepassingsstrategie omvat de ontwikkeling van coatings voor medische implantaten, zoals orthopedische implantaten en vaattransplantaten. De behandeling van infecties geassocieerd met deze implantaten wordt bemoeilijkt doordat de infectieplaats niet rechtstreeks bereikt kan worden. In dit werk beschrijven we onze nieuwste bevindingen met betrekking tot de ontwikkeling van dergelijke antibiofilmcoatings. We presenteren in vitro activiteitsstudies en in vivo validatie van een verbeterde covalente coating voor orthopedische implantaten. We tonen dat een hogere belading van de werkzame stof in de coating gepaard gaat met een hogere in vitro activiteit en een goede in vivo biocompatibiliteit. Bovendien voerden we verschillende preventieve in vivo activiteitsstudies uit die de effectiviteit van de coating ondersteunen, vooral in combinatie met antibiotische profylaxe. Verder werd er een uitgebreide strategie ontwikkeld om de impact van onze antibiofilmcoating op het gebied van materialen en werkingsmechanisme te vergroten. We beschrijven een materiaalonafhankelijke coating, waarvan de activiteit in vitro werd gevalideerd. Bovendien maakte optimalisatie van de reactiecondities tijdens het aanleggen van de coating het mogelijk om een hoge-doorvoer screeningsmethode te die ongekend was in de literatuur. Ten slotte werd een smart release-coating ontworpen en gevalideerd via deze geoptimaliseerde screeningprocedure. In deze coating wordt de vrijlating van het 2-AI als actieve stof getriggerd specifiek wanneer een biofilm wordt gevormd. Deze vrijlating maakt activiteit mogelijk op een oppervlak of weefsel dat ruimtelijk verder van de coating verwijderd is. De implementatie met een covalente antibiofilmcoating zal naar verwachting activiteit op zowel het implantaat als de omliggende weefsels garanderen.