Forskare har uppfunnit ett nanotunnt superbugs-dödande material som en dag skulle kunna integreras i sårförband och implantat för att förhindra eller läka bakterieinfektioner.
Innovationen – som har genomgått avancerade prekliniska prövningar – är effektiv mot ett brett spektrum av läkemedelsresistenta bakterieceller, inklusive "golden staph", som vanligtvis kallas superbugs.
Antibiotikaresistens är ett stort globalt hälsohot och orsakar cirka 700 000 dödsfall årligen, en siffra som kan stiga till 10 miljoner dödsfall per år till 2050 utan utveckling av nya antibakteriella terapier.
Den nya studien ledd av RMIT University och University of South Australia (UniSA) testade svart fosfor-baserad nanoteknik som en avancerad infektionsbehandling och sårläkning.
Resultat publicerade i Advanced Therapeutics visa att den effektivt behandlade infektioner, dödade över 99 % av bakterierna, utan att skada andra celler i biologiska modeller.
Behandlingen uppnådde jämförbara resultat med ett antibiotikum när det gäller att eliminera infektion och påskynda läkningen, med sår som stängdes med 80 % under sju dagar.
Den superbuggdödande nanotekniken som utvecklats internationellt av RMIT testades rigoröst i prekliniska prövningar av sårläkningsexperter vid UniSA. RMIT har sökt patentskydd för de svarta fosforflingorna inklusive dess användning i sårläkande formuleringar, inklusive geler.
RMITs co-lead forskare, professor Sumeet Walia, sa att studien visade hur deras innovation gav snabba antimikrobiell verkan, som sedan bröts ned efter att hotet om infektion hade eliminerats.
"Det fina med vår innovation är att det inte bara är en beläggning - den kan faktiskt integreras i vanliga material som enheter är gjorda av, såväl som plast och geler, för att göra dem antimikrobiella", säger Walia från RMITs School of Engineering.
En tidigare studie ledd av RMIT avslöjade att svart fosfor var effektivt för att döda mikrober när den spreds i nanotunna lager på ytor som används för att tillverka sårförband och implantat som bomull och titan, eller integreras i plast som används i medicinska instrument.
Svart fosfor är den mest stabila formen av fosfor – ett mineral som finns naturligt i många livsmedel – och i en ultratunn form bryts det lätt ned med syre, vilket gör den idealisk för att döda mikrober.
"När nanomaterialet bryts ner reagerar dess yta med atmosfären för att producera vad som kallas reaktiva syrearter. Dessa arter hjälper till slut genom att slita isär bakterieceller," sa Walia.
Den nya studien testade effektiviteten hos nanotunna flingor av svart fosfor mot fem vanliga bakteriestammar, inklusive E. coli och läkemedelsresistent gyllene staph.
"Vår antimikrobiella nanoteknik förstörde snabbt mer än 99 % av bakteriecellerna - betydligt fler än vanliga behandlingar som används för att behandla infektioner idag."
Den ledande forskaren Dr. Aaron Elbourne från RMIT sa att sjukvårdspersonal runt om i världen var i desperat behov av nya behandlingar för att övervinna problemet med antibiotikaresistens.
"Superbugs - patogenerna som är resistenta mot antibiotika - är ansvariga för massiva hälsobördor och när läkemedelsresistensen växer, blir vår förmåga att behandla dessa infektioner alltmer utmanande", säger Elbourne, seniorforskare vid RMITs School of Science vid RMIT.
"Om vi kan göra vår uppfinning till en kommersiell verklighet i den kliniska miljön, skulle dessa superbugs globalt inte veta vad som drabbade dem."
Ledande forskare från UniSA, Dr. Zlatko Kopecki, och hans team utförde de prekliniska prövningarna för att visa hur daglig topisk applicering av de svarta fosfornanoflingorna avsevärt minskade infektionen.
"Detta är spännande eftersom behandlingen var jämförbar med ciprofloxacinantibiotikumet när det gällde att utrota sårinfektion och resulterade i snabbare läkning, med sår som stängdes med 80 % under sju dagar", sa Dr. Kopecki.
Dr. Kopecki, som också är en Channel 7 Children's Research Foundation Fellow i Childhood Wound Infections, sa att antibiotikabehandlingar börjar bli knappa.
"Vi måste snarast utveckla nya alternativa icke-antibiotiska metoder för att behandla och hantera sårinfektion," sade han.
"Svart fosfor verkar ha träffat plötsligt och vi ser fram emot att se översättningen av denna forskning mot klinisk behandling av kroniska sår."
Teamet vill samarbeta med potentiella industripartner för att utveckla och prototyper av tekniken.
Mer information: Emmeline P. Virgo et al, Layered Black Phosphorus Nanoflakes minskar bakteriebördan och förbättrar läkning av murina infekterade sår, Avancerad terapi (2023). DOI:10.1002/adtp.202300235
Tillhandahålls av RMIT University
