Biomimetisk hydrogel med fotodynamisk antimikrobiel effekt

Infektioner er en frygtet trussel, der kan få fatale konsekvenser efter en operation, ved behandling af sår, og under vævsteknologi. Biomimetiske hydrogeler med "indbyggede" antimikrobielle egenskaber kan reducere denne fare betydeligt. I journalen Angewandte Chemie , forskere har nu introduceret en gel, der aktiveres af rødt lys til at producere reaktive iltforbindelser, der effektivt dræber bakterier og svampe.

Hydrogeler er molekylenetværk, der holder vand i deres gitter. Antimikrobielle hydrogeler kan fremstilles ved at blande med eller vedhæfte antimikrobielle komponenter til en polymergel. Forskere ved Hebei University of Technology, Tianjin (Kina), Radboud Universitet, Nijmegen (Holland), og University of Queensland, Brisbane (Australien) valgte en alternativ vej og brugte fotodynamisk antimikrobiel kemoterapi som deres model. I denne teknik, fotosensibilisatorer går ind i en ophidset tilstand, når de bestråles med lys. Gennem en ikke-strålende overgang, fotosensibilisatoren går ind i en anden, langvarig ophidset tilstand. Overgangen kan overføre energi til iltmolekyler, danner meget reaktive iltarter, der dræber mikrober.

Til dato, syntetiske geler med fotodynamisk antimikrobiel aktivitet har hverken været biokompatible eller bionedbrydelige. Produkter fra biologiske kilder, i modsætning, rummer risikoen for kontaminering eller immunreaktioner og leverer resultater, der er svære at reproducere. Holdet ledet af Chengfen Xing overvandt denne udfordring ved at bruge fuldsyntetiske hydrogeler med biomimetiske egenskaber, som er egenskaber, der efterligner biologiske systemer. De valgte en polymer med en spiralformet rygrad (polyisocyanid med podede ethylenglycolkæder), der danner porøse, yderst biokompatible hydrogeler med en trådlignende arkitektur, der ligner strukturerne og de mekaniske egenskaber af biogeler baseret på kollagen og fibrin.

Forskerne kombinerede denne type hydrogel med en fotosensibilisator baseret på en polythiophen. I opløsning danner det uordnede klumper og absorberer violet lys. Inkorporering i de spiralformede områder af hydrogelen tvinger polythiophenerne til en lige, lineær konfiguration. I denne form, absorptionen er betydeligt stærkere og flyttes ind i den røde del af spektret. Dette er at foretrække, fordi rødt lys kan trænge dybere ind og forårsager mindre blegning af pigmentet.

Forskerne fik således en gel med enestående antimikrobiel kraft mod bakterier, såsom Escherichia coli og Bacillus subtilis, samt svampe som Candida albicans. Dette kunne være et udgangspunkt for at lave sårforbindinger med "indbyggede infektionspropper". Fordelene ved denne metode til bekæmpelse af patogener:den er ikke-invasiv, og dens virkning er kontrollerbar både med hensyn til placering og varighed. Selv antibiotika-resistente bakterier kan dræbes, og risikoen for at forårsage ny resistens er meget lavere.