Christina Gudz, forskare vid NUST MISIS Inorganic Nanomaterials Laboratory. Kredit:NUST MISIS
Materialforskare från MISIS University har presenterat antibakteriella nanobeläggningar med upp till 99,99 % effektivitet mot mikrobiella och svamppatogener. Ett material baserat på bornitrid och ultrafina metalliserade silver- eller järnoxidnanopartiklar har inga typiska negativa biverkningar och kan därför bli ett säkert alternativ till antibiotika inom traumatologi, kirurgi och implantologi. Resultaten av arbetet har publicerats i tidskriften Applied Surface Science .
Mänsklighetens historia är kopplad till kampen mot infektioner, och problemet är fortfarande akut. På grund av en betydande ökning av antalet kirurgiska ingrepp och uppkomsten av bakterier som är resistenta mot antibiotika, har problemet med att undertrycka infektion i de tidiga stadierna blivit särskilt relevant. Till exempel enligt den vetenskapliga tidskriften Lancet , över en miljon människor dog av antibiotikaresistenta bakterieinfektioner under 2019. Enligt samma publikation är dödligheten från bakteriell resistens mot antibiotika nu näst efter stroke och kranskärlssjukdom.
Dessutom försöker forskare över hela världen lösa problemet med mikrobiella infektioner som orsakas av installation av implantat under operation. Ortopedisk och tandkirurgi är ett särskilt allvarligt problem. Det är ingen hemlighet att samtidig läkemedelsbehandling mot inflammation runt implantat ofta leder till biverkningar på grund av antibiotikans egenskaper och höga doser.
En grupp forskare från NUST MISIS erbjöd i samarbete med kollegor från Statens forskningscentrum för tillämpad mikrobiologi och bioteknik en icke-standardiserad lösning på problemet - en komplex trippeleffekt på en smittsam patogen:fysisk skada på bakteriemembranet, en bakteriedödande effekt på grund av frisättningen av metalljoner och syntesen av reaktiva syrearter som förstör patogener.
"För att lösa problemet har vi syntetiserade beläggningar bestående av bornitridnanopartiklar, modifierade med ultrafina metalliska silver- eller järnoxidnanopartiklar. Bornitridbärare har en unik sfärisk form med en yta täckt med nålar. Vidhäftande bakterier dör på grund av fysisk destruktion av deras cellmembran vid direkt kontakt med ytan. Beläggningarna själva avger metalljoner beroende på koncentration. Våra studier har visat att vid en minimal hämmande koncentration, järnoxidnanopartiklar (74 μg/cm 2 ) undertrycker effektivt tillväxten av gramnegativa E. coli-bakterier, såväl som staphylococcus aureus och streptococcus pneumoniae bakteriestammar under de första tre timmarna. Beläggningar med silver vid en minsta koncentration lika med 12 μg/cm inaktiverar bakterier helt, säger Christina Gudz, en av författarna till studien, forskare vid NUST MISIS Inorganic Nanomaterials Laboratory.
Det visade sig att denna beläggning förstör 100% av de studerade mikroorganismerna. Bakteriestammar och Candida parapsilossvamp dör inom 24 timmar efter exponering. Enligt forskarna kan de sfäriska och nålformade ("shaggy") nanopartiklarna endast bildas av bornitrid.
Förbättrad bakteriedödande och svampdödande aktivitet hos de erhållna proverna är förknippad med bildandet av ett stort antal reaktiva syrearter:fria radikaler skadar mikroorganismernas membran, vilket leder till deras död.
Utvecklarna betonar att testerna har bevisat frånvaron av cytotoxicitet hos beläggningen, vilket innebär att den är säker för patienten, samtidigt som dess aktiva substans är effektiv mot patogener. Den dominerande skillnaden i beläggningen jämfört med analogerna är de minimala doserna av bakteriedödande komponenter och den fullständiga frånvaron av ett antibiotiskt fyllmedel, vilket eliminerar resistens.
Teamet testade de erhållna proverna som beläggningar för implantat. Nästa steg blir att använda utvecklingen som förbandsmaterial inom traumatologi och kirurgi. De planerar också att genomföra in vitro-studier i framtiden, men nu är prioritet att genomföra studier på farliga stammar av bakterier och virus (Vibrio cholerae, COVID-19, etc.). + Utforska vidare
