Boornitride-nanofilms voor bescherming tegen bacteriële en schimmelinfecties

Materiaalwetenschappers van NUST MISIS hebben antibacteriële nano-coatings op basis van boornitride gepresenteerd, die zeer effectief zijn tegen microbiële pathogenen (tot 99,99%). Ze kunnen een veilig alternatief worden voor de gebruikelijke antibiotica in de implantologie, omdat ze geen typische negatieve bijwerkingen hebben. De resultaten van het werk worden gepubliceerd in het internationale wetenschappelijke tijdschrift ACS toegepaste materialen en interfaces.

Tegenwoordig lossen wetenschappers, vanwege de aanzienlijke toename van het aantal chirurgische ingrepen over de hele wereld, het probleem op van microbiële infecties veroorzaakt door implantaten. Dit is vooral ernstig tijdens orthopedische en tandheelkundige ingrepen. Het is geen geheim dat gelijktijdige medicamenteuze therapie voor ontstekingen rond implantaten vaak tot bijwerkingen leidt vanwege de karakteristieke eigenschappen van de antibiotica, evenals de hoge doses.

Een groep jonge wetenschappers van NUST MISIS heeft een niet-standaardoplossing voor het probleem voorgesteld door de interactie van antibioticaresistente gramnegatieve bacteriën Escherichia coli (E.coli) en een nanofilm bestaande uit een gestructureerd boornitride-oppervlak te onderzoeken. Het bleek dat een dergelijke coating na 24 uur 100% van de bacteriecellen inactiveert.

“Hexagonaal boornitride heeft een complex van unieke fysisch-chemische en mechanische eigenschappen. Als resultaat van de experimenten hebben we ontdekt dat de speciale specifieke structuur van boornitride-nanodeeltjes een bacteriedodend effect geeft dat vergelijkbaar is met dat van een antibioticum: bacteriën sterven van direct fysiek contact met een speciaal naaldvormig oppervlak van de nanofilm. Tegelijkertijd zijn er geen typische bijwerkingen van een antibioticum op de weefsels van het lichaam, en boornitride zelf veroorzaakt geen cytotoxiciteit ”, aldus Christina Gudz, co-auteur van de studie, een onderzoeker bij het NUST MISIS Inorganic Nanomaterials Laboratory.

De onderzoekers gingen verder en vulden de microporiën van een dun laagje boornitride met het antibioticum gentamicine. Het resultaat is een antibacterieel effect door de volledige afgifte van het medicijn in een korte beginperiode. Bovendien was de dosis een orde van grootte lager dan bij een conventionele injectie.

“ Rekening houdend met een gemiddeld patiëntgewicht van 60 kg, is zijn dagelijkse dosis antibiotica ongeveer 180 mg; op voorwaarde dat het implantaatoppervlak bijvoorbeeld 30 cm is² en aangezien op de eerste dag 55 μg antibioticum vrijkomt uit de nanocoating die wordt bestudeerd, blijkt dat de voorgestelde methode 100 keer minder antibioticum vereist dan bij een standaardinjectie, ”voegt Christina Gudz toe.

Volgens de auteurs van de ontwikkeling kan de toepassing van een antibacteriële film op basis van boornitride-nanodeeltjes op het implantaat het risico op bacteriële besmetting minimaliseren vanwege de fysische eigenschappen van het oppervlak zelf, evenals, in het geval van antibiotische modificatie, lokale toediening van een minimale hoeveelheid van de bacteriedodende component zonder het implantaat te verzwaren.

Momenteel voltooit het team in vitro studies van de verkregen coatings en werkt het ook aan het optimaliseren van de coatingmethode voor toekomstig gebruik.