Wetenschappers ontwikkelen nanogestructureerde oppervlakken die vijandig zijn voor bacteriën, maar vriendelijk voor cellen

Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben nanogestructureerde aluminiumoxide-oppervlakken gemaakt die sterk antibacterieel zijn, maar kunnen worden gebruikt om cellen te kweken. Ze ontdekten dat anodische poreuze aluminiumoxide (APA) oppervlakken bereid met behulp van elektrochemie in geconcentreerd zwavelzuur een ongekende weerstand hadden tegen bacteriegroei, maar de celculturen niet belemmerden.

Het werk is gepubliceerd in het journaal Langmuir.

De technologie van het team belooft een grote impact te hebben op de regeneratieve geneeskunde, waar celculturen van hoge kwaliteit zonder bacteriële besmetting kunnen worden geproduceerd zonder antibiotica.

Oppervlakken die bestand zijn tegen bacteriële besmetting spelen een cruciale rol in de volksgezondheid en ons dagelijks leven. Hoewel dit kan worden bereikt met krachtige antibiotica en chemicaliën, brengt dit negatieve gevolgen voor het milieu, gevaren voor de gezondheid en de potentiële opkomst van gevaarlijke, antibioticaresistente stammen met zich mee. We hebben alternatieve manieren nodig om de verspreiding van bacteriële pathogenen onder controle te houden.

Dit is waar nanogestructureerde oppervlakken in beeld komen. Begin 2010 werd aangetoond dat de natuurlijk gevormde nanostructuur op de vleugels van cicade- en libellenvleugels bacteriële besmetting kan weerstaan.

De structuren beschadigen het celmembraan van bacteriële cellen en voorkomen dat ze zich verspreiden. Wetenschappers zijn dus op zoek geweest naar manieren om op goedkope wijze kunstmatige oppervlakken te vervaardigen die hetzelfde effect zouden kunnen bereiken.

Een team van onderzoekers onder leiding van professor Takashi Yanagishita van de Tokyo Metropolitan University heeft het gebruik van anodische poreuze aluminiumoxide (APA) onderzocht.

Wanneer gepolijste aluminiumoppervlakken onder bepaalde omstandigheden in een elektrochemische cel worden gedompeld, wordt het oppervlak bedekt met een goed geordende reeks poreuze pilaren van aluminiumoxide (aluminiumoxide). Deze naaldachtige pilaren hebben precies het juiste formaat om dodelijk te zijn voor bacteriën, waardoor de oppervlakken sterk antibacterieel zijn.

Nu heeft het team hun recept geperfectioneerd en ontdekt dat APA-oppervlakken bereid in geconcentreerd zwavelzuur antibacteriële eigenschappen hebben die aanzienlijk beter presteren dan bestaande oppervlakken. Cruciaal was dat ze ontdekten dat de oppervlakken niet gevaarlijk waren voor de biologische cellen die erop werden gekweekt.

In normale celculturen kunnen antibiotica aan het kweekmedium worden toegevoegd om de incidentie van bacteriële verontreinigingen te voorkomen. Dit heeft het grote nadeel dat het nutteloos is tegen antibioticaresistente bacteriën. In feite zou het overmatig gebruik ervan opnieuw kunnen leiden tot de opkomst van meer resistente soorten. Bij APA-oppervlakken is dit niet het geval. Culturen kunnen veilig worden uitgevoerd zonder antibioticaadditieven.

De ontdekking van het team is goed nieuws voor de regeneratieve geneeskunde, waarbij cellen in het laboratorium worden gekweekt voordat ze bij een patiënt worden geïntroduceerd om weefsel- en orgaanschade te behandelen. Elke bacteriële indringer in de cellen kan ernstige gevolgen hebben voor zieke patiënten: dit brengt meestal gespecialiseerde en kostbare steriele omgevingen met zich mee.

Het team is van mening dat hun nieuwe substraten antibioticavrije celkweek in een breder scala van omgevingen mogelijk kunnen maken, wat mogelijk een revolutie teweegbrengt in de schaal waarop patiënten kunnen worden behandeld, evenals in de manier waarop we wetenschappelijke experimenten uitvoeren.