![Usninezuur (geel) is geïntegreerd in en komt vrij uit de grafeencoating van het implantaat. Het usninezuur doodt de bacteriën (groen) en voorkomt zo dat ze besmettelijke biofilms vormen op het oppervlak. Krediet: Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology Grafeen bindt medicijnen die bacteriën op medische implantaten doden](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2021/graphene-binds-drugs-w.jpg)
Usninezuur (geel) is geïntegreerd in en komt vrij uit de grafeencoating van het implantaat. Het usninezuur doodt de bacteriën (groen) en voorkomt zo dat ze besmettelijke biofilms vormen op het oppervlak. Krediet: Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology
Bacteriële infecties met betrekking tot medische implantaten vormen een enorme belasting voor de gezondheidszorg en veroorzaken wereldwijd veel lijden bij patiënten. Nu hebben onderzoekers van de Chalmers University of Technology, Zweden, een nieuwe methode ontwikkeld om dergelijke infecties te voorkomen, door een op grafeen gebaseerd materiaal te bedekken met bacteriedodende moleculen.
“Door ons onderzoek zijn we erin geslaagd om in water onoplosbare antibacteriële moleculen aan het grafeen te binden en de moleculen op een gecontroleerde, continue manier uit het materiaal te laten vrijkomen”, zegt Santosh Pandit, onderzoeker bij de afdeling Biologie en Biologische Engineering van Chalmers. , en eerste auteur van de studie die onlangs werd gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten.
“Dit is een essentiële vereiste om de methode te laten werken. De manier waarop we de actieve moleculen aan het grafeen binden is ook heel eenvoudig en zou gemakkelijk kunnen worden geïntegreerd in industriële processen.”
Bepaalde bacteriën kunnen ondoordringbare oppervlaktelagen of ‘biofilms’ vormen op chirurgische implantaten, zoals tandheelkundige en andere orthopedische implantaten, en vormen een groot probleem voor de gezondheidszorg wereldwijd. Biofilms zijn resistenter dan andere bacteriën en daarom zijn de infecties vaak moeilijk te bestrijden. behandelen, met veel lijden voor patiënten tot gevolg en in het ergste geval tot verwijdering of vervanging van implantaten.Naast de gevolgen voor de patiënt brengt dit grote kosten met zich mee voor zorgverleners.
Grafeen is geschikt als bevestigingsmateriaal
Er zijn verschillende in water onoplosbare of hydrofobe geneesmiddelen en moleculen die kunnen worden gebruikt vanwege hun antibacteriële eigenschappen. Maar om ze in het lichaam te kunnen gebruiken, moeten ze worden vastgemaakt aan een materiaal, dat moeilijk en arbeidsintensief kan zijn om te vervaardigen.
“Grafeen biedt hier een groot potentieel voor interactie met hydrofobe moleculen of medicijnen, en toen we ons nieuwe materiaal maakten, hebben we van deze eigenschappen gebruik gemaakt. Het proces van binding van de antibacteriële moleculen vindt plaats met behulp van ultrageluid”, zegt Santosh Pandit.
In het onderzoek werd het grafeenmateriaal bedekt met usninezuur, dat wordt gewonnen uit korstmossen, bijvoorbeeld fruticosemos. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat usninezuur goede bacteriedodende eigenschappen heeft. Het werkt door te voorkomen dat bacteriën nucleïnezuren vormen, vooral door de RNA-synthese te remmen en zo de eiwitproductie in de cel te blokkeren.
Eenvoudige methode maakt de weg vrij voor toekomstige medicijnen
Usninezuur werd getest op zijn resistentie tegen de pathogene bacteriën Staphylococcus aureus en Staphylococcus epidermidis, twee veelvoorkomende boosdoeners voor biofilmvorming op medische implantaten. Het nieuwe materiaal van de onderzoekers vertoonde een aantal veelbelovende eigenschappen. Naast succesvolle resultaten voor het integreren van het usninezuur in het oppervlak van het grafeenmateriaal, zagen ze ook dat de usninezuurmoleculen op een gecontroleerde en continue manier vrijkwamen, waardoor de vorming van biofilms op het oppervlak werd voorkomen.
“Wat nog belangrijker is, onze resultaten laten zien dat de methode voor het binden van de hydrofobe moleculen aan grafeen eenvoudig is. Het maakt de weg vrij voor een effectievere antibacteriële bescherming van biomedische producten in de toekomst. We plannen nu proeven waarbij we de binding van andere hydrofobe moleculen zullen onderzoeken. en medicijnen met een nog groter potentieel om verschillende klinische infecties te behandelen of te voorkomen”, zegt Santosh Pandit.
Santosh Pandit et al, Aanhoudende afgifte van usninezuur uit grafeencoatings zorgt voor langdurige antibiofilmbescherming, Wetenschappelijke rapporten (2021). DOI: 10.1038/s41598-021-89452-5
Wetenschappelijke rapporten
Geleverd door Chalmers University of Technology