Implanterbart medicinsk udstyr forstærket af næste generations overflademodifikation

En opdagelse fra University of Sydney forskere kunne understøtte en ny klasse af implanterbare enheder, der leverer biologiske signaler til omgivende væv for bedre integration med kroppen og reduceret risiko for infektion.

Moderne medicin er i stigende grad afhængig af implanterbare biomedicinske anordninger, men deres effektivitet er ofte begrænset på grund af mislykket integration med værtsvæv eller udviklingen af ​​ubehandlede infektioner, nødvendiggør udskiftning af enheden gennem revisionskirurgi.

Teamet på Applied Plasma Physics and Surface Engineering Laboratory har udviklet praktiske teknikker til at guide og vedhæfte peptider til overflader; computersimuleringer og eksperimenter demonstrerede kontrol af både peptidorientering og overfladekoncentration, hvilket kan opnås ved at anvende et elektrisk felt som det, der leveres af et lille batteri i husstandsstørrelse.

Resultaterne offentliggøres i dag i Naturkommunikation .

Tilsvarende forfatter Professor i anvendt fysik og overfladeteknik Marcela Bilek sagde, at biomaterialebelægninger kan maskere de implanterede enheder og efterligne omgivende væv.

"Den hellige gral er en overflade, der interagerer problemfrit og naturligt med værtsvæv gennem biomolekylær signalering, sagde professor Bilek, der er medlem af University of Sydney Nano Institute og Charles Perkins Center.

Robust vedhæftning af biologiske molekyler til bioenhedens overflade er nødvendig for at opnå dette, som muliggjort af unikke overflademodificeringsprocesser udviklet af professor Bilek.

"Selvom proteiner med succes er blevet brugt i en række applikationer, de overlever ikke altid hårde steriliseringsbehandlinger - og indfører risikoen for patogenoverførsel på grund af deres produktion i mikroorganismer, "Sagde professor Bilek.

Professor Bilek - sammen med Dr. Behnam Akhavan fra Aerospace School, Mekanisk og mekanisk teknik og Fysikhøjskolen og hovedforfatter ph.d. -kandidat, Lewis Martin fra School of Physics - undersøger brugen af ​​korte proteinsegmenter kaldet peptider, der, når det er strategisk designet, kan rekapitulere proteinets funktion.

Martin sagde, at teamet var i stand til at justere orienteringen af ​​ekstremt små biomolekyler (mindre end 10 nanometer i størrelse) på overfladen. "Vi brugte specialudstyr til at udføre eksperimenterne, men de elektriske felter kan anvendes af alle, der bruger et hjemelektronik -kit, " han sagde.

Dr. Akhavan sagde, at under antagelse af branchens støtte og finansiering til kliniske forsøg, forbedrede implantater kunne være tilgængelige for patienter inden for fem år.

"Anvendelsen af ​​vores tilgang spænder fra knogleimplantater til kardiovaskulære stenter og kunstige blodkar, "Sagde Akhavan.

"For knogleimplanterbare enheder, for eksempel, sådanne moderne biokompatible overflader vil direkte gavne patienter, der lider af knoglebrud, osteoporose, og knoglekræft. "

På grund af deres lille størrelse, peptiderne kan fremstilles syntetisk, og de er elastiske under sterilisering. Den største vanskelighed ved at bruge peptider er at sikre, at de er fæstnet ved passende tætheder og i orienteringer, der effektivt udsætter deres aktive steder.

Ved hjælp af anvendte elektriske felter og bufferkemi, forskerne opdagede flere nye håndtag, der styrer fastgørelse af peptider. Opladningsseparation på peptider skaber permanente dipolmomenter, der kan justeres med et elektrisk felt for at tilvejebringe optimal orientering af molekylerne, og mængden af ​​peptid immobiliseret kan også afstemmes af de elektrostatiske interaktioner, når peptiderne har en samlet ladning.

Papiret sagde, at denne viden bruges til at designe strategier til at skabe en ny generation af syntetiske biomolekyler.

"Vores resultater kaster lys over mekanismer for biomolekylær immobilisering, der er ekstremt vigtige for design af syntetiske peptider og biofunktionalisering af avancerede implanterbare materialer, "står der i avisen.