Forskare har utvecklat en ny superbugg-förstörande beläggning som kan användas på sårförband och implantat för att förebygga och behandla potentiellt dödliga bakterie- och svampinfektioner.

Materialet är en av de tunnaste antimikrobiella beläggningarna som har utvecklats hittills och är effektivt mot ett brett spektrum av läkemedelsresistenta bakterier och svampceller, samtidigt som mänskliga celler lämnas oskadda.

Antibiotikaresistens är ett stort globalt hälsohot, orsakar minst 700, 000 dödsfall per år. Utan utvecklingen av nya antibakteriella terapier, dödssiffran kan stiga till 10 miljoner människor per år år 2050, motsvarande 100 biljoner dollar i sjukvårdskostnader.

Även om hälsobördan av svampinfektioner är mindre erkänd, globalt sett dödar de cirka 1,5 miljoner människor varje år och dödssiffran ökar. Ett framväxande hot mot inlagda covid-19-patienter till exempel är den vanliga svampen, Aspergillus, som kan orsaka dödliga sekundära infektioner.

Den nya beläggningen från ett team som leds av RMIT University är baserad på ett ultratunt 2D-material som hittills främst varit av intresse för nästa generations elektronik.

Studier av svart fosfor (BP) har visat att det har vissa antibakteriella och svampdödande egenskaper, men materialet har aldrig undersökts metodiskt för potentiell klinisk användning.

Den nya forskningen, publicerad i American Chemical Societys tidskrift Tillämpade material och gränssnitt , avslöjar att BP är effektivt för att döda mikrober när det sprids i nanothinna lager på ytor som titan och bomull, används för att göra implantat och sårförband.

Den ledande forskaren Dr Aaron Elbourne sa att det var ett betydande framsteg att hitta ett material som kunde förhindra både bakteriella och svampinfektioner.

"Dessa patogener är ansvariga för massiva hälsobördor och eftersom läkemedelsresistensen fortsätter att växa, vår förmåga att behandla dessa infektioner blir allt svårare, "Elbourne, en postdoktor vid School of Science vid RMIT, sa.

"Vi behöver smarta nya vapen för kriget mot superbugs, som inte bidrar till problemet med antimikrobiell resistens.

"Vår nanothinbeläggning är en dubbel insektsdödare som fungerar genom att slita isär bakterier och svampceller, något mikrober kommer att kämpa för att anpassa sig till. Det skulle ta miljontals år att naturligt utveckla nya försvar mot en sådan dödlig fysisk attack.

"Medan vi behöver ytterligare forskning för att kunna tillämpa denna teknik i kliniska miljöer, det är en spännande ny riktning i sökandet efter mer effektiva sätt att tackla denna allvarliga hälsoutmaning."

Co-lead forskare docent Sumeet Walia, från RMIT's School of Engineering, har tidigare lett banbrytande studier med BP för artificiell intelligens-teknologi och hjärnhärmare elektronik.

"BP bryts ner i närvaro av syre, vilket normalt är ett stort problem för elektronik och något vi var tvungna att övervinna med noggrann precisionsteknik för att utveckla vår teknologi, " sa Walia.

"Men det visar sig att material som lätt bryts ned med syre kan vara idealiska för att döda mikrober - det är precis vad forskarna som arbetar med antimikrobiell teknik letade efter.

"Så vårt problem var deras lösning."

Hur nanothin bug killer fungerar

När BP går sönder, det oxiderar ytan på bakterier och svampceller. Denna process, känd som cellulär oxidation, fungerar i slutändan för att slita isär dem.

I den nya studien, första författare och Ph.D. forskaren Zo Shaw testade effektiviteten av nanothinna lager av BP mot fem vanliga bakteriestammar, inklusive E. coli och läkemedelsresistent MRSA, samt fem typer av svamp, inklusive Candida auris.

På bara två timmar, upp till 99 % av bakterie- och svampcellerna förstördes.

Viktigt, BP började också självnedbrytas under den tiden och sönderföll helt inom 24 timmar – en viktig egenskap som visar att materialet inte skulle samlas i kroppen.

Laboratoriestudien identifierade de optimala nivåerna av BP som har en dödlig antimikrobiell effekt samtidigt som de lämnar mänskliga celler friska och hela.

Forskarna har nu börjat experimentera med olika formuleringar för att testa effekten på en rad medicinskt relevanta ytor.

Teamet är måna om att samarbeta med potentiella industripartner för att vidareutveckla tekniken, för vilken en provisorisk patentansökan har lämnats in.