James Cook University-forskare har upptäckt en teknik för att applicera naturliga växtextrakt som Tea Tree Oil som beläggning för medicinsk utrustning, en process som kan förhindra miljontals infektioner varje år.
Professor Mohan Jacob, Chef för el- och elektronikteknik på JCU, leder ett team som undersöker problemet. Han sa att ett ökande antal oplanerade operationer utförs för att bekämpa infektioner - främst orsakade av bakteriell aktivitet på medicinsk utrustning och en efterföljande "biofilm" som bildas på dem.
"Bara i USA, cirka 17 miljoner nya biofilmrelaterade infektioner rapporteras årligen, vilket leder till cirka 550, 000 dödsfall varje år. Man tror att cirka 80 % av världens operationsrelaterade infektioner kan relatera till biofilmbildning, " han sa.
Professor Jacob sa att teamet omvandlade växtbaserade produkter – kända som Plant Secondary Metabolites (PSMs) – till polymerbeläggningar för medicinsk utrustning, inklusive implantat.
"De härrör från sådant som eteriska oljor och örtextrakt och de har relativt kraftfulla bredspektrum antibakteriella aktiviteter. PSM är en förnybar resurs till låg kostnad som finns tillgänglig i kommersiella mängder, med begränsad toxicitet, och potentiellt, andra mekanismer för att bekämpa bakterier än syntetiska antibiotika."
Professor Jacob sa att gruppens forskning tog itu med det ihållande problemet med hur man omvandlar växtextrakten från flytande till fast tillstånd som beläggning för medicinsk utrustning, utan betydande förlust av effektivitet.
Dr. Katia Bazaka är adjungerad seniorforskare och teammedlem. "Vi använde plasmaförbättrade tekniker i en reaktor som innehöll de eteriska oljeångorna. När ångorna utsätts för en glödurladdning, de omvandlas och sätter sig på ytan av ett implantat som en fast biologiskt aktiv beläggning. Dessa har visat goda antibakteriella egenskaper, " Hon sa.
"Den största fördelen med detta tillvägagångssätt är att vi inte använder andra kemikalier, som lösningsmedel, under tillverkningsprocessen. Som sådan, det finns inget hot om att potentiellt skadliga kemikalier kvarhålls i beläggningen eller att de skadar ytan på materialet som beläggningen appliceras på. Det gör också tillverkningsprocessen mer miljövänlig, " sa Dr. Bazaka.
Professor Jacob sa att JCU-gruppen för närvarande är de globala pionjärerna inom utvecklingen av växtbaserade polymera tunna filmer – publicerar över 70 forskningsartiklar och sex Ph.D. avhandlingar på området.
Professor Ian Atkinson, Direktör för JCU:s eResearch-enhet och en samarbetspartner i projektet, sade att arbetet nyligen hade utvidgats till att rikta in sig på marina organismer, för att förhindra tillväxt av biofilmer på akvatiska sensorer och deras efterföljande fel.
"En annan attraktiv egenskap hos dessa beläggningar är deras optiska transparens, vilket kan vara ganska viktigt om du använder dem för att täcka kontaktlinser, eller optiska fönster i vattensensorer, " han sa.
Professor Jacob och hans Ph.D. studenter samarbetar nu med Dr. Peter Mulvey och docent Jeff Warner vid JCU-baserade Australian Institute of Tropical Health and Medicine för att studera aktiviteten hos olika typer av bakterier på de växtbaserade beläggningarna.
Bakgrund
Även om syntetisk antibiotika har varit det bästa vapnet för att utrota mikrobiella infektioner sedan penicillinets ankomst, överanvändningen av dessa mediciner gör dem gradvis ineffektiva. Forskare tror att om nya strategier inte utvecklas snart, medicinska behandlingar kan dra sig tillbaka till en era där lättare skador och vanliga infektioner utvecklas till allvarliga medicinska problem.
De flesta växter producerar organiska molekyler som antimikrobiella medel för att bekämpa skadliga mikroorganismer. Under de senaste decennierna, framsteg i syntesen av material i nanoskala, i synnerhet plasmaassisterad tillverkning, har tillhandahållit medel för att behålla de antimikrobiella aktiviteterna hos växternas sekundära metaboliter i bioaktiva beläggningar.
Även om JCU-teamet undersökte många naturliga prekursorer, deras huvudsakliga fokus låg på den australiensiska eteriska oljan, Tea Tree Oil (Melaleuca alternifolia) och dess komponenter. Som en del av en Ph.D. projekt, Dr. Katia Bazaka utvecklade antibakteriella beläggningar från terpen-4-ol, som är en viktig komponent i Tea Tree Oil.
