En vanlig ingrediens i solskyddsmedel kan vara en effektiv antibakteriell beläggning för medicinska implantat som pacemaker och ersättningsfogar.

Forskare från University of Michigan fann att en beläggning av nanopyramider av zinkoxid kan störa tillväxten av meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA), reducera filmen på behandlat material med över 95 procent. Omkring en miljon implanterade medicintekniska produkter infekteras varje år med MRSA och andra bakteriearter.

"Det är extremt svårt att behandla dessa infektioner, "sa J. Scott VanEpps, en klinisk föreläsare och forskare vid UM Medical Schools avdelning för akutmedicin, vars team ledde den biologiska studien.

Behandlingen innebär antingen en lång antibiotikakur, som kan leda till antibiotikaresistens och giftiga biverkningar, eller implantaten måste bytas ut kirurgiskt, som kan vara ganska omfattande för enheter som hjärtklaffar och protesled, Sa VanEpps.

Helst, läkare vill förhindra att infektioner uppstår i första hand. Ett alternativ är att belägga enheterna med något som bakterier inte kan växa på. De nya resultaten, publicerad i tidningen Nanomedicin , föreslår att en sådan beläggning kan tillverkas av nanopartiklar av zinkoxid - en solskyddsmedel och blöjutslagskrämingrediens som gör lotionen tjockare och relativt ogenomskinlig.

Om nanopartiklarna är formade som en pyramid med en hexagonformad bas, de är mycket effektiva för att förhindra att ett enzym som kallas beta-galaktosidas bryter ner laktos till de mindre sockerarterna glukos och galaktos, som bakterierna använder som bränsle.

Formen är viktig, både för enzymet och för nanopartiklarna. Enzymet måste kunna vridas för att skära laktosen i de mindre sockerarterna. Två aminosyror, eller proteinbyggstenar, sitta mitt emot varandra över ett spår i enzymet. Laktosen passar in i spåret, och aminosyrorna samlas för att katalysera upplösningen till glukos och galaktos.

"Även om fler studier måste genomföras, vi tror att zinkoxid -nanopyramider stör denna vridrörelse, "sade Nicholas Kotov, Joseph B. och Florence V. Cejka professor i kemiteknik, vars grupp tillverkade nanopartiklarna.

Teamets forskning tyder på att en del av nanopartikeln - en kant eller punkt - sätter sig i spåret. Genom att täppa till bara ett av de fyra spåren, nanopartiklarna kan stänga av hela enzymet genom att förhindra vridning.

För att utforska konceptet med en antibakteriell beläggning, Kotovs grupp täckte några pinnar med nanopyramiderna och sedan stack VanEpps team in dem i ett ämne som skulle tillåta bakterier att växa. De utvärderade fyra bakteriearter på belagda och obelagda pinnar - två stafylokockarter (inklusive MRSA), en art som orsakar lunginflammation och E coli .

Efter 24 timmars tillväxt, antalet livskraftiga stafylokockceller som återvunnits från de belagda pinnarna var 95 procent färre än antalet från de obelagda pinnarna. Lunginflammationen och E coli arter var mindre mottagliga för nanopartiklar.

"Medan beläggningen inte kunde utrota alla stafylokockceller helt, denna dramatiska minskning kan sannolikt göra att antibiotikabehandlingar lyckas eller helt enkelt låta det mänskliga immunsystemet ta över utan behov av antibiotika, "Sa VanEpps.

Staph, inklusive MRSA, är särskilt sårbar för nanopyramider eftersom dess cellvägg är en matris av proteiner och sockerarter. Teamet misstänker att när MRSA försökte kolonisera pinnarna, nanopyramiderna bundna till de enzymer som bygger cellväggen. Eftersom enzymerna inte kunde underhålla cellväggen, cellerna gick sönder.

Om det verkligen är så nanopyramiderna fungerar, då bör beläggningen inte vara något problem för mänskliga celler, vars membranhöljen inte har samma sårbarheter. Det kan också bero på varför beläggningen inte är lika effektiv på E coli , som inte bär sina cellväggsenzymer på ärmen.

Många hinder står mellan nanopartikelbeläggningen och klinisk användning hos patienter. Forskarna måste ta reda på hur en sådan beläggning skulle påverka mänskliga celler nära implantatet och utforska hur nanopyramiderna påverkar andra enzymer hos människor och bakterier.

"Den starka antibakteriella aktiviteten mot MRSA och andra patogener är ett spännande fynd, "Kotov sa." Vi vill bättre förstå mekanismerna för den antibakteriella funktionen för att finjustera dess hämmande aktivitet och identifiera de strukturella likheterna mellan enzymer som pyramidala nanopartiklar kan hämma. "