Forskere udvikler antibakteriel gelbandage ved hjælp af durian-skaller

Fødevareforskere fra Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har lavet en antibakteriel gelbandage ved hjælp af de kasserede skaller af den populære tropiske frugt, durian.

Kendt som "kongen af ​​frugter" i Sydøstasien, durian har en tyk skal med piggete torner, som kasseres, mens det søde kød, der omgiver frøene på indersiden, betragtes som en delikatesse.

Ved at ekstrahere cellulose af høj kvalitet fra durianskallerne og kombinere det med glycerol-et spildbiprodukt fra biodiesel- og sæbeindustrien-skabte NTU-forskere en blød gel, ligner siliciumplader, som kan skæres til bandager i forskellige former og størrelser.

De tilføjede derefter de organiske molekyler fremstillet af bagergær, kendt som naturlige gærfenoler, gør bandagen dødelig for bakterier.

Udviklet af professor William Chen, direktør for NTU's Fødevarevidenskab og Teknologi-program, innovationen blev offentliggjort for nylig i ACS Sustainable Chemistry &Engineering, en fagfællebedømt journal fra American Chemistry Society.

Konventionelle hydrogelplaster er almindeligt tilgængelige på apoteker, bruges normalt til at dække sår fra operationer for at minimere dannelsen af ​​overskydende arvæv, hvilket resulterer i et blødere og fladere ar. Plasteret holder huden hydreret i stedet for at tørre ud, når der bruges konventionelle plaster eller gazebind.

Prof Chen sagde, at konventionelle hydrogelplastre på markedet er lavet af syntetiske materialer såsom polymerer som polymethacrylat og polyvinylpyrrolidin. Dem med antimikrobielle egenskaber bruger også metalliske forbindelser såsom sølv- eller kobberioner. Sådanne syntetiske materialer, der er godkendt til brug i biomedicinske applikationer, er dyrere sammenlignet med den nye hydrogel fremstillet af naturlige affaldsmaterialer.

"Med den voksende trussel om antibiotika-resistente superbugs, verden vil have brug for flere alternative måder at forhindre infektioner på. En effektiv måde at beskytte åbne sår på er med antimikrobielle bandager, der er biokompatible og sikre til langvarig brug af mennesker. Dette er især vigtigt for diabetespatienter, der lider af kroniske sår, "forklarede professor Chen, Michael Fam Chair Professor i Fødevarevidenskab og Teknologi ved School of Chemical and Biomedical Engineering.

"Ved at bruge affaldsstoffer, der i øjeblikket kasseres i store mængder - durianskaller og glycerol - kunne vi gøre affald til en værdifuld biomedicinsk ressource, der kan forbedre hurtig genopretning af sår og reducere chancerne for infektioner.

Med skallen omfattende 60 procent af durianen kasseres den normalt og forbrændes, udgør et miljøspørgsmål. I Singapore, det blev rapporteret af Straits Times, at 14. 300 tons durian (anslået 10 millioner durian) blev importeret og forbrugt i 2017.

At være giftfri og bionedbrydeligt, den organiske gelbandage forventes også at have et mindre miljøaftryk end konventionelle syntetiske bandager.

Giver en uafhængig kommentar til denne innovation, Lektor Andrew Tan, prodekan (fakultet) fra NTU's Lee Kong Chian School of Medicine, som er ekspert i stofskiftesygdomme, sagde, at der findes eksisterende naturlige og syntetiske hydrogeler på markedet nu, hvor deres nytte ved heling af nogle typer sår er velkendt.

"Hydrogelbandager er kendt for deres ikke-toksicitet, evnen til at rehydrere sårbedet, og kan lette autolytisk debridement (hvor kroppens enzymer og naturlige væsker virker for at blødgøre dårligt væv og fjerne det). Den innovative og unikke del af Prof Chens nuværende arbejde er upcycling af durian skorpen for at opnå cellulose. Det er også ret unikt, da durianens torne kan gøre ondt, men materialerne fra sværen kan heles, "Lektor prof Tan sagde.

Hvorfor er der brug for antimikrobielle sårforbindinger

Sår forbundet med kroniske sygdomme forventes at blive en mere almindelig sundhedsbyrde, hvor bakteriel infektion af hudsår er en alvorlig risiko. Markedet for sårforbinding anslås at være værd $11,4 milliarder årligt, ifølge et papir offentliggjort i European Polymer Journal (A. Gupta et al, 2019).

Den kliniske fordel ved den nye hydrogelforbindelse er, at de naturlige gærphenoler, der er indlejret, vil bidrage til at forhindre vækst af bakterier, f.eks. Gram-negative E. coli og Gram-positive S. aureus. og den efterfølgende dannelse af biofilm (et slimlag, der kan føre til antimikrobiel resistens i en bakteriekoloni).

Som et bevis på konceptet, de antimikrobielle hydrogeler blev testet som en sårforbinding på dyrehud og viste gode antimikrobielle virkninger i op til 48 timer.

Den nye proof-of-concept hydrogelbandage påføres ved blot at lægge den hen over såret, ligesom med eksisterende kommercielt tilgængelige silikonegelark til sårforbinding, den nuværende guldstandard, der bruges efter kosmetiske operationer for at reducere ardannelse.

Andre anvendelser af hydrogeler

Organiske hydrogeler er også nyttige til bærbare, fleksibel og strækbar elektronik, som prof Chen havde demonstreret i et papir fra 2019 offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

Bærbar elektronik kan bestå af små sensorer, der kan registrere puls og fysiske aktiviteter, meget som nuværende smart bands. De kunne hjælpe sundhedspersonale med at overvåge ældres sundhed i fjerntliggende samfund.

For at demonstrere brugen af ​​organiske hydrogeler i fleksibel elektronik, en prototype hydrogel, der kunne lede elektriske signaler, blev lavet med cellulose fra Okara - affaldsresten fra sojabønnemasse under fremstillingen af ​​sojamælk.

"Som vist i mange af vores forskningsartikler, Grundforskning inden for fødevarevidenskab og -teknologi har langt flere tværfaglige anvendelser i andre industrier, såsom sundhedspleje, biomedicinske anvendelser og specialkemikalier, " tilføjede Prof Chen.

"Vores innovation er i overensstemmelse med NTU 2025 strategiske plan, hvor forskning og innovation er nøglesøjler i fokus i at tackle nogle af menneskehedens største udfordringer. Ved at anvende en spild-til-ressource-tilgang og brug af grønne fremstillingsteknikker, vi har vist, at det er muligt at reducere forbruget af jordens naturressourcer, genbruge det, der blev betragtet som affald, og genbrug dem til værdifulde produkter, der er nyttige for menneskeheden."

Holdet på fire NTU-forskere tog to år på at forske i og offentliggøre deres resultater og leder nu efter industripartnere, der måske er ivrige efter at tage deres antibakterielle gelbandage på markedet.