Forskare från UAB och ICN2 har utvecklat ett innovativt material för att bekämpa spridningen av patogener, infektioner och antimikrobiell resistens. Inspirerad av de ämnen som utsöndras av musslor för att fästa vid stenar, kan den användas som en beläggning för att skydda vårdtyger och utgör ett effektivt alternativ till vanliga material som papper, bomull, kirurgiska masker och kommersiella plåster.

Forskningen är publicerad i Chemical Engineering Journal .

Överanvändning av antibiotika har lett till utvecklingen av antimikrobiell resistens (AMR), ett växande hot mot folkhälsan världen över. AMR uppstår när bakterier förändras över tid och inte längre svarar på läkemedel, antibiotika och andra relaterade antimikrobiella läkemedel, vilket gör infektioner svårare att behandla och ökar risken för patogenspridning, allvarlig sjukdom och död.

Faktum är att Världshälsoorganisationen (WHO) och Förenta Nationerna (FN) har rapporterat att AMR utgör ett stort hot mot människors hälsa runt om i världen, och troligen överträffar cancer som världens främsta dödsorsak år 2050.

I detta scenario har utvecklingen av nya och effektivare antibakteriella material blivit avgörande för att minska patogenspridningen och på så sätt förhindra infektioner. Av relevans är kontroll av bakteriepopulationer i hälsomiljöer som sjukhus och andra sjukvårdsenheter för att undvika de så kallade nosokomiala infektionerna, främst på grund av bakteriell kolonisering på biomedicinska ytor.

Idag är denna typ av infektion den sjätte vanligaste dödsorsaken i industrialiserade länder, och mycket högre i utvecklingsländerna, och drabbar speciellt immunsupprimerade patienter och intensivvårdspatienter (t.ex. brännskador) och de med kroniska patologier som diabetes.

Bland de olika material som kan sprida bakteriepopulationer utgör tyger en integrerad del av patientvården:från läkares, kirurgers och sjuksköterskors kläder till medicinska gardiner, lakan, kuddöverdrag, masker, handskar och bandage, som är direkt i kontakt med suturer och sår. Av alla dessa skäl har antibakteriella beläggningar för medicinska tyger blivit ett mycket aktivt forskningsfält.

Forskare från UAB Department of Biochemistry and Molecular Biology, UAB Institute for Neuroscience (INc-UAB) och Catalan Institute for Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) har utvecklat en familj av biokompatibla och bioinspirerade beläggningar framställda genom sampolymerisation mellan katekol derivat och aminoterminala ligander.

Baserat på detta har de visat att användningen av dessa musselinspirerade beläggningar som effektiva antimikrobiella material, baserat på deras förmåga att utvecklas kemiskt över tid i närvaro av luft och fuktig atmosfär, vilket gynnar den kontinuerliga bildningen av reaktiva syrearter (ROS) . I själva verket, förutom bildandet av ROS, resulterar den syntetiska metoden i ett överskott av ytliga fria aminogrupper som inducerar störningar av patogenmembran.

"En av huvudkomponenterna som finns i beläggningarna (katekol- och polyfenolderivat) finns i strängarna som utsöndras av musslor, som är ansvariga för deras vidhäftning till stenar under extrema förhållanden, under saltvatten", förklarar UAB-professor Victor Yuste och ICN2-forskare Salvio Suárez. "Det faktum att beläggningarna vi har utvecklat är inspirerade av denna organism gör att de kan fästa på praktiskt taget alla typer av ytor och dessutom är de mycket motståndskraftiga mot olika miljöförhållanden som fukt eller förekomst av vätskor.

"Dessutom hjälper naturliga föreningar till att erhålla mer biologiskt nedbrytbara, biokompatibla material med lägre antimikrobiell resistens jämfört med andra bakteriedödande system som i slutändan genererar resistens och därför snabbt förlorar effektivitet."

All vanlig sanitetsutrustning som papper, bomull, kirurgiska masker och kommersiella plåster uppvisade en inneboende antibakteriell aktivitet med flera vägar med snabba svar mot ett brett spektrum av mikrobiella arter. Detta inkluderade mikroorganismer som har utvecklat resistens mot extrema miljöförhållanden (som B. subtilis), såväl som patogener som anses vara den primära källan som är ansvariga för många aktuella infektioner, särskilt de som förvärvats i vårdinrättningar.

Dessa patogener omfattar multiresistenta mikroorganismer från både gramnegativa (E. coli och P. aeruginosa) och grampositiva (S. aureus, meticillinresistenta S. aureus—MRSA och E. faecalis). Dessa material har också uppvisat effekt mot svampar såsom C. albicans och C. auris.

Dessutom visades dess effektiva tillämpning i våta atmosfärer, som de som finns i hälsovårdsmiljöer, där andningsdroppar och/eller andra biovätskor finns närvarande, vilket minskar riskerna för indirekt kontaktöverföring. Sådan antimikrobiell aktivitet tillskrevs en direktkontaktdödande process, där patogenen initialt fästs till beläggningen av katekolmolekyler och andra polyfenolderivat.

Sedan aktiveras en antibakteriell effekt med flera vägar, huvudsakligen fokuserad på en ihållande generering av biosäkerhetsnivåer av ROS och elektrostatiska interaktioner med protiska aminogrupper exponerade mot ytan. Dessa antibakteriella mekanismer inducerade ett snabbt (180 minuter för bakterier och 24 timmar för svampar) och effektivt (mer än 99%) svar mot patogener, vilket orsakade irreversibel skada på mikroorganismerna.

Dessa innovativa beläggningar följer en enkel enstegs och skalbar syntes under milda förhållanden, med hjälp av prisvärda material och gröna kemibaserade metoder. Dessutom ökar den polyfenoliska karaktären hos deras kompositioner och frånvaron av ytterligare externa antimikrobiella medel enkelheten hos de bioinspirerade beläggningarna och undviker induktion av AMR och dess cytotoxiska effekter på värdceller och miljön.

Värt att nämna är att olika parametrar som färg, tjocklek och vidhäftning finjusterades, vilket ger en anpassningsbar lösning för de olika kraven för den slutliga materialapplikationen. Generellt sett har de designade bioinspirerade beläggningarna visat en enorm potential för ytterligare översättning till kliniker, eftersom de representerar ett genomförbart alternativ till befintliga antimikrobiella material.

Mer information: Jose Bolaños-Cardet et al, Bioinspirerade fenolbaserade beläggningar för medicinska tyger mot antimikrobiell resistens, Chemical Engineering Journal (2024). DOI:10.1016/j.cej.2024.148674

Tillhandahålls av Autonomous University of Barcelona