Enligt vissa uppskattningar, bakteriestammar som är resistenta mot antibiotika – så kallade superbugs – kommer att orsaka fler dödsfall än cancer år 2050.

Colorado State Universitys biomedicinska och kemiforskare använder kreativ taktik för att undergräva dessa superbugs och deras invasionsmekanismer. Särskilt, de utarbetar nya sätt att förhindra att skadliga bakterier bildar klibbiga matriser som kallas biofilmer - och att göra det utan antibiotika.

Forskare från Melissa Reynolds laboratorium, docent i kemi och School of Biomedical Engineering, har skapat ett nytt material som hämmar biofilmbildning av den virulenta superbuggen Pseudomonas aeruginosa . Deras material, beskrivs i Avancerade funktionella material , skulle kunna utgöra grunden för en ny typ av antibakteriell yta som förhindrar infektioner och minskar vårt beroende av antibiotika.

Bella Neufeld, den första författaren och doktoranden som ledde forskningen, förklarade att hennes passion för att hitta nya sätt att bekämpa superbugs är motiverad av hur adaptiva och ogenomträngliga de är, speciellt när de får bilda biofilmer.

"Biofilmer är otäcka när de väl bildas, och otroligt svår att bli av med, sa Neufeld.

Många människor föreställer sig bakterier och andra mikroorganismer i sina vänligare, fritt flytande tillstånd - som plankton som simmar i en petriskål på gymnasiet. Men när bakterier kan fästa på en yta och bilda en biofilm, de blir starkare och mer resistenta mot vanliga droger.

I ett klassiskt exempel, cystisk fibros patienter är sjuka av horder av P. aeruginosa bakterier som bildar en klibbig hinna på endotelcellerna i patientens lungor. När de bakterierna väl fäster, droger dödar dem inte.

Eller, ett sår kan bli infekterat med en bakteriell biofilm, vilket gör det svårare för såret att läka.

Reynolds forskargrupp tillverkar biokompatibla enheter och material som motstår infektioner och som inte kommer att avvisas av kroppen. I detta senaste arbete, de har designat ett material med inneboende egenskaper som hindrar en bakteriefilm från att bildas i första hand.

I labbet, de visade en 85-procentig minskning av P. aeruginosa biofilm vidhäftning. De genomförde omfattande studier som visade återanvändbarheten av deras film. Detta indikerade att dess antibakteriella egenskaper drivs av något som är inneboende i materialet, så att dess effekt inte skulle blekna i en klinisk miljö.

De använde ett material de har arbetat med tidigare för andra antimikrobiella applikationer, ett kopparbaserat metallorganiskt ramverk som är stabilt i vatten. De bäddade in kopparmetall-organiska ramverk i en matris av kitosan, ett material som härrör från polysackariden kitin, som utgör insektsvingar och räkskal. Kitosan används redan i stor utsträckning som ett sårförband och hemostatiskt medel.

Neufeld säger att det nya biomaterialet kan bilda nya vägar för antibakteriella ytor. Till exempel, materialet kan användas för ett sårförband som, istället för gasväv, skulle göras av kitosanmatrisen.

Forskningen kombinerade expertis inom materialsyntes och biologisk testning. Medförfattare med Neufeld och Reynolds var CSU-studenter Megan Neufeld (ingen relation) och Alec Lutzke; och Lawrence University student Sarah Schweickart.