Selen är ett billigt grundämne som naturligt hör hemma i kroppen. Det är också känt för att bekämpa bakterier. Fortfarande, det hade inte prövats som en antibiotisk beläggning på ett material för medicintekniska produkter. I en ny studie, Brown Universitys ingenjörer rapporterar att när de använde selennanopartiklar för att belägga polykarbonat, materialet i katetrar och endotrakeala tuber, resultaten var betydande minskningar i odlade populationer av Staphylococcus aureus bakterie, ibland med så mycket som 90 procent.

"Vi vill förhindra att bakterierna genererar en biofilm, sa Thomas Webster, professor i teknik och ortopedi, som studerar hur nanoteknik kan förbättra medicinska implantat. Han är den äldre författaren av tidningen, publiceras online denna vecka i Journal of Biomedical Materials Research A .

Biofilmer är notoriskt svåra kolonier av bakterier att behandla eftersom de ofta kan motstå antibiotika.

"Ju längre vi kan fördröja eller helt hämma bildandet av dessa kolonier, desto mer sannolikt kommer ditt immunförsvar att rensa dem, "Sade Webster. "Att lägga selen där kan köpa mer tid för att hålla en endotrakealtub i en patient."

Under tiden, Webster sa, eftersom selen faktiskt är ett rekommenderat näringsämne, det ska vara ofarligt i kroppen vid de koncentrationer som finns i beläggningarna. Också, det är mycket billigare än silver, ett mindre biokompatibelt material som är den senaste tekniken för antibakteriella beläggningar för medicintekniska produkter.

Webster har undersökt selennanopartiklar i flera år, mest för deras eventuella anticancereffekter. När han började titta på deras antibiotikaegenskaper, han konsulterade med barnläkaren Keiko Tarquinio på Hasbro barnsjukhus, biträdande professor i pediatrik, som har varit ivriga att hitta sätt att minska biofilmer på implantat.

Studerar selen

För denna studie, Webster och första författaren Qi Wang odlade selennanopartiklar i två olika storleksintervall och använde sedan lösningar av dem för att belägga bitar av polykarbonat med en snabb, enkel process. På en del av polykarbonatet, de applicerade och slet av tejpen inte bara för att testa beläggningarnas hållbarhet utan också för att se hur en nedbruten koncentration av selen skulle fungera mot bakterier.

På belagd polykarbonat - både de ursprungligen belagda och de tejptestade bitarna - använde Wang och Webster elektron- och atomkraftmikroskop för att mäta koncentrationen av nanopartiklar och hur mycket yta av selen som exponerades för att interagera med bakterier.

En av deras upptäckter var att efter tejptestet, mindre nanopartiklar fäste bättre vid polykarbonatet än större.

Sedan var de redo för nyckelsteget:experiment som exponerade odlade staphbakterier för polykarbonatbitar, av vilka några lämnades obelagda som kontroller. Bland de belagda bitarna, några hade de större nanopartiklarna och några hade de mindre. Några från var och en av dessa grupper hade förnedrats av bandet, och andra hade inte.

Alla fyra typer av selenbeläggningar visade sig vara effektiva för att minska staphpopulationer efter 24, 48, och 72 timmar jämfört med de obelagda kontrollerna. De mest potenta effekterna - minskningar som är större än 90 procent efter 24 timmar och så mycket som 85 procent efter 72 timmar - kom från beläggningar av endera partikelstorleksområdet som inte hade försämrats av tejpen. Bland de beläggningar som hade utsatts för tejptestet, de mindre nanopartikelbeläggningarna visade sig vara effektivare.

Staphpopulationer som exponerats för någon av de belagda polykarbonatbitarna nådde sin topp vid 48-timmarsperioden, kanske för att det var då bakterierna kunde dra full nytta av in vitro-odlingsmediet. Men nivåerna sjönk alltid dramatiskt med 72 timmar.

Nästa steg, Webster sa, är att börja testa på djur. Sådana in vivo-experiment, han sa, kommer att testa selenbeläggningarna i ett sammanhang där bakterierna har mer tillgänglig mat men kommer också att möta ett immunförsvar.

Resultaten kan i slutändan ha kommersiell relevans. Tidigare doktorander utvecklade en affärsplan för selennanopartikelbeläggningar när de gick i skolan och har sedan dess licensierat tekniken från Brown för sitt företag, Axena Technologies.