Bakterieinfektioner relaterade till medicinska implantat lägger en enorm börda på vården och orsakar stort lidande för patienter världen över. Nu, forskare vid Chalmers tekniska högskola, Sverige, har utvecklat en ny metod för att förhindra sådana infektioner, genom att täcka ett grafenbaserat material med bakteriedödande molekyler.

"Genom vår forskning, vi har lyckats binda vattenolösliga antibakteriella molekyler till grafen, och att molekylerna frigörs i ett kontrollerat, kontinuerligt sätt från materialet, " säger Santosh Pandit, forskare vid institutionen för biologi och biologisk teknik på Chalmers, och första författare till studien som nyligen publicerades i Vetenskapliga rapporter .

"Detta är ett väsentligt krav för att metoden ska fungera. Sättet på vilket vi binder de aktiva molekylerna till grafenet är också mycket enkelt, och lätt kan integreras i industriella processer."

Vissa bakterier kan bilda ogenomträngliga ytskikt, eller biofilmer, "på kirurgiska implantat, såsom dentala och andra ortopediska implantat, och utgör ett stort problem för hälso- och sjukvården globalt. Biofilmer är mer resistenta än andra bakterier, och infektionerna är därför ofta svåra att behandla, leder till stort lidande för patienter, och i värsta fall, vilket kräver avlägsnande eller utbyte av implantaten. Förutom effekterna på patienterna, detta medför stora kostnader för vårdgivare.

Grafen är lämpligt som fästmaterial

Det finns en mängd olika vattenolösliga, eller hydrofob, läkemedel och molekyler som kan användas för sina antibakteriella egenskaper. Men för att de ska kunna användas i kroppen, de måste fästas på ett material, vilket kan vara svårt och arbetskrävande att tillverka.

"Graphene erbjuder stor potential här för interaktion med hydrofoba molekyler eller läkemedel, och när vi skapade vårt nya material, vi använde oss av dessa egenskaper. Processen att binda de antibakteriella molekylerna sker med hjälp av ultraljud, " säger Santosh Pandit.

I studien, grafenmaterialet var täckt med usninsyra, som utvinns ur lavar, till exempel fruktoslav. Tidigare forskning har visat att usninsyra har goda bakteriedödande egenskaper. Det fungerar genom att förhindra bakterier från att bilda nukleinsyror, speciellt hämmande av RNA-syntes, och därmed blockerar proteinproduktionen i cellen.

Enkel metod banar väg för framtida läkemedel

Usninsyra testades för sin resistens mot de patogena bakterierna Staphylococcus aureus och Staphylococcus epidermidis, två vanliga bovar för biofilmbildning på medicinska implantat. Forskarnas nya material uppvisade ett antal lovande egenskaper. Förutom framgångsrika resultat för att integrera usninsyran i ytan av grafenmaterialet, de observerade också att usninsyramolekylerna frigjordes på ett kontrollerat och kontinuerligt sätt, förhindrar därmed bildandet av biofilmer på ytan.

"Ännu viktigare, våra resultat visar att metoden för att binda de hydrofoba molekylerna till grafen är enkel. Det banar väg för ett effektivare antibakteriellt skydd av biomedicinska produkter i framtiden. Vi planerar nu försök där vi kommer att utforska bindning av andra hydrofoba molekyler och läkemedel med ännu större potential att behandla eller förebygga olika kliniska infektioner, " säger Santosh Pandit.