(PhysOrg.com) -- Genom att använda en avancerad form av en gummistämpel, forskare har utvecklat ett sätt att fästa en ultratunn antibakteriell beläggning på ett sår.
Den aktiva ingrediensen, silver, "har använts för att förebygga och behandla infektioner i evigheter, " säger första författaren Ankit Agarwal, en postdoktor i kemi och biologisk teknik vid University of Wisconsin-Madison. "Men silver kan också döda hudceller, och därför måste vi utveckla material som levererar antibakteriella men icke-toxiska nivåer av silver till sår."
I en studie som just publicerats i tidskriften Avancerade funktionella material , Agarwal, professor i kemi och biologisk ingenjör Nicholas Abbott, och kollegor beskrev en process för att skapa en transparent ultratunn polymerbeläggning som bär exakta mängder av extremt fina silvernanopartiklar.
Beläggningen, bara några molekyler tjocka, monterades på en flexibel bit gummi och gummistämplades sedan på en bit kadaverskinn som simulerade ett sår i experimentet.
För att testa aktiviteten mot bakterier, forskarna behandlade hudprover med två bakterier som vanligtvis infekterar sår. Att använda en silverdos som inte hade skadat hudceller i tidigare tester, bakterierna kunde inte detekteras inom 12 timmar, säger Agarwal.
Ihållande sår är en viktig orsak till smärta, kostnader och handikapp. Ungefär två miljoner människor i USA söker sjukhusvård för brännskador varje år, och ytterligare sex miljoner människor har kroniska sår av andra orsaker.
"Kroniska sår är en stor nationell börda, " säger Michael Schurr, en samarbetspartner i studien som är professor i kirurgi vid UW-Madison. "Om du ser på den kommande epidemin av diabetes, fotsår är mycket vanliga vid diabetes, och de leder ofta till amputation. Trots alla framsteg inom kirurgi och medicin, den sårvård vi tillhandahåller nu är ungefär densamma som vi erbjöd för 20 eller 50 år sedan."
Kontakttryck med stämplar används ofta inom industrin för att applicera exakta beläggningar på metall och glas, Agarwal säger, men forskarna var tvungna att uppfinna en metod för att överföra polymerskiktet till mjukare hud. "Vi hittade, serendipitalt, att om vi introducerar vissa mikrometerstora pärlor i filmerna, det förbättrar avsevärt överföringen av filmer till mjuka material, säger Agarwal.
Teknologin, utvecklat i samarbete med Charles Czuprynski från UW-Madison och Christopher Murphy, som nu är vid University of California, erbjuder många fördelar, säger Agarwal. Först, den placerar silvernanopartiklarna direkt i såret, tillåta icke-toxiska silverdoser (upp till 100 gånger lägre än vad som används i kommersiella silverförband) att ha antibakteriell aktivitet. Andra, kemiingenjörer bör kunna göra en version med fördröjd frisättning för att minska behovet av upprepade appliceringar och smärtsamma förbandsbyten.
Vidare, medan bakterier effektivt kan utveckla resistens mot antibiotika, de utvecklar praktiskt taget aldrig resistens mot silver. "Silvret fungerar genom att skada bakteriella cellmembran och störa mikrobernas metaboliska funktioner, " säger Agarwal. Silver kan också döda svampar och jäst och inaktivera virus.
Filmerna som innehåller silvernanopartiklar är sammansatta av hundratals individuella lager och tar flera timmar att förbereda på en robotmaskin på campus. Men inget av denna kemi behöver göras nära patienten, Agarwal säger, och själva stämplingsprocessen tar bara 30 sekunder. I labbet, frimärkena är intryckta på kadaverskinn med hjälp av en handhållen rulle som de konstnärer använder för att göra träsnitt.
Preliminära studier har visat att filmerna och stämplingsprocessen inte försämrar läkning av sår hos diabetiska möss, säger Agarwal. Vidare studier, regisserad av Jonathan McAnulty från UW-Madison School of Veterinary Medicine, undersöker den antibakteriella effekten av silver-nanopartikelfilmer i infekterade sår hos möss och grisar.
Processen skulle kunna användas mer generellt, säger Abbott. "Denna metod är tillämpbar på en rad mjuka material och kan införliva en mängd olika molekyler på vävnadsytan som kan påverka fundamentala cellbeteenden involverade i läkning."
Om och när tekniken klarar sina djurförsök, det kommer att vara dags att förbereda mänskliga prövningar. "Vi har ett tvärvetenskapligt team av veterinärforskare, apotek, kirurger, kemiingenjörer och materialforskare som har erfarenhet av att ta medicintekniska produkter genom Food and Drug Administration, Agarwal säger. Behovet är stort, men det kan ta ytterligare några år innan behandlingen är tillgänglig för patienterna."
