Nanoblodplättar av grafit integrerade i medicinska plastytor kan förhindra infektioner, dödar 99,99 procent av bakterierna som försöker fästa — en billig och lönsam potentiell lösning på ett problem som påverkar miljoner, kostar enorma mängder tid och pengar, och accelererar antibiotikaresistens. Det visar forskning från Chalmers tekniska högskola. Sverige, i journalen Små .

Varje år, över fyra miljoner människor i Europa är drabbade av infektioner som drabbats av sjukvårdsprocedurer, enligt European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC). Många av dessa är bakteriella infektioner som utvecklas runt medicinsk utrustning och implantat i kroppen, såsom katetrar, höft- och knäproteser eller tandimplantat. I värsta fall måste implantaten tas bort.

Bakterieinfektioner som denna kan orsaka stort lidande för patienter och kosta sjukvården enorma mängder tid och pengar. Dessutom, stora mängder antibiotika används för närvarande för att behandla och förebygga sådana infektioner, kostar mer pengar, och påskynda utvecklingen av antibiotikaresistens.

"Syftet med vår forskning är att utveckla antibakteriella ytor som kan minska antalet infektioner och efterföljande behov av antibiotika, och som bakterier inte kan utveckla resistens mot. Vi har nu visat att skräddarsydda ytor bildade av en blandning av polyeten och grafitnanoplättar kan döda 99,99 procent av bakterierna som försöker fästa på ytan, " säger Santosh Pandit, postdoktor i forskargruppen för professor Ivan Mijakovic vid avdelningen för systembiologi, Institutionen för biologi och bioteknik, Chalmers tekniska högskola.

Infektioner på implantat orsakas av bakterier som färdas runt i kroppen i vätskor som blod, på jakt efter en yta att fästa vid. När de landar på en lämplig yta, de börjar föröka sig och bilda en biofilm – en bakteriebeläggning.

Tidigare studier från Chalmersforskarna visade hur vertikala flingor av grafen, placeras på ytan av ett implantat, kan bilda en skyddande beläggning, vilket gör det omöjligt för bakterier att fästa — som spikar på byggnader som är utformade för att hindra fåglar från att häcka. Grafenflingorna skadar cellmembranet, dödar bakterierna. Men att tillverka dessa grafenflingor är dyrt, och för närvarande inte genomförbart för storskalig produktion.

"Men nu, vi har uppnått samma enastående antibakteriella effekter, men med relativt billiga grafitnanoplättar, blandas med en mycket mångsidig polymer. Polymeren, eller plast, är inte i sig kompatibel med grafit nanotrombocyter, men med vanliga plasttillverkningstekniker, vi lyckades skräddarsy materialets mikrostruktur, med ganska höga fyllmedelsbelastningar, för att uppnå önskad effekt. Och nu har det stor potential för ett antal biomedicinska tillämpningar, säger Roland Kádár, Docent vid institutionen för industri- och materialvetenskap på Chalmers.

Nanoblodplättarna på implantatens yta förhindrar bakterieinfektion men, avgörande, utan att skada friska mänskliga celler. Människans celler är cirka 25 gånger större än bakterier, så medan grafitnanoplättarna skär isär och dödar bakterier, de skrapar knappt en mänsklig cell.

"Förutom att minska patienternas lidande och behovet av antibiotika, implantat som dessa kan leda till mindre behov av efterföljande arbete, eftersom de kan finnas kvar i kroppen mycket längre än de som används idag, " säger Santosh Pandit. "Vår forskning kan också bidra till att minska de enorma kostnaderna som sådana infektioner orsakar hälsovårdstjänster över hela världen."

I studien, forskarna experimenterade med olika koncentrationer av grafitnanoplättar och plastmaterialet. En sammansättning på cirka 15-20 procent grafitnanoblodplättar hade den största antibakteriella effekten – förutsatt att morfologin är mycket strukturerad.

"Som i den tidigare studien, den avgörande faktorn är att orientera och fördela grafitnanoplättarna korrekt. De måste vara mycket exakt beställda för att uppnå maximal effekt, säger Roland Kádár.