Muslinge-inspireret antimikrobiel belægning beskytter sanitetsstoffer mod forurening

Forskere fra UAB og ICN2 har udviklet et innovativt materiale til at bekæmpe spredningen af ​​patogener, infektioner og antimikrobiel resistens. Inspireret af de stoffer, der udskilles af muslinger for at klæbe til sten, kan den bruges som en belægning til at beskytte sundhedsplejestoffer og udgør et effektivt alternativ til almindeligt anvendte materialer såsom papir, bomuld, kirurgiske masker og kommercielle plastre.

Forskningen er publiceret i Chemical Engineering Journal .

Overforbruget af antibiotika har ført til udviklingen af ​​antimikrobiel resistens (AMR), en voksende trussel mod folkesundheden på verdensplan. AMR opstår, når bakterier ændrer sig over tid og ikke længere reagerer på medicin, antibiotika og andre relaterede antimikrobielle lægemidler, hvilket gør infektioner sværere at behandle og øger risikoen for patogenspredning, alvorlig sygdom og død.

Faktisk har Verdenssundhedsorganisationen (WHO) og De Forenede Nationer (FN) rapporteret, at AMR udgør en stor trussel mod menneskers sundhed rundt om i verden og sandsynligvis overhaler kræft som verdens førende dødsårsag i 2050.

I dette scenarie er udviklingen af ​​nye og mere effektive antibakterielle materialer blevet afgørende for at reducere patogenspredning og dermed forhindre infektioner. Af relevans er kontrol af bakteriepopulationer i sundhedsmiljøer såsom hospitaler og andre sundhedsenheder for at undgå de såkaldte nosokomiale infektioner, hovedsageligt på grund af bakteriel kolonisering på biomedicinske overflader.

I dag er denne type infektion den sjette hyppigste dødsårsag i industrialiserede lande og meget højere i udviklingslandene, hvilket især rammer immunkompromitterede patienter og intensivpatienter (f.eks. forbrændinger) og dem med kroniske patologier som diabetes.

Blandt de forskellige materialer, der kan sprede bakteriepopulationer, udgør stoffer en integreret del af patientbehandlingen:Fra læger, kirurger og sygeplejersker til medicinske gardiner, sengetøj, pudebetræk, masker, handsker og bandager, som er direkte i kontakt med suturer og sår. Af alle disse grunde er antibakterielle belægninger til medicinske stoffer blevet et meget aktivt forskningsfelt.

Forskere fra UAB Department of Biochemistry and Molecular Biology, UAB Institute for Neuroscience (INc-UAB) og Catalan Institute for Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) har udviklet en familie af biokompatible og bioinspirerede belægninger fremstillet ved co-polymerisation mellem katekol derivater og aminoterminale ligander.

Baseret på dette har de demonstreret, at brugen af ​​disse muslingeinspirerede belægninger som effektive antimikrobielle materialer, baseret på deres evne til at udvikle sig kemisk over tid i nærvær af luft og fugtige atmosfærer, hvilket fremmer den kontinuerlige dannelse af Reactive Oxygen Species (ROS) . Faktisk resulterer den syntetiske metodologi ud over dannelsen af ​​ROS i et overskud af overfladiske frie aminogrupper, der inducerer afbrydelse af patogenmembraner.

"En af hovedkomponenterne, der findes i belægningerne (katekol- og polyphenolderivater) findes i de strenge, der udskilles af muslinger, som er ansvarlige for deres adhæsion til klipper under ekstreme forhold, under saltvand," forklarer UAB-professor Victor Yuste og ICN2-forsker Salvio Suárez. "Det faktum, at de belægninger, vi har udviklet, er inspireret af denne organisme, gør det muligt for dem at klæbe til praktisk talt enhver form for overflade og er desuden meget modstandsdygtige over for forskellige miljøforhold, såsom fugt eller tilstedeværelse af væsker.

"Derudover hjælper naturlige forbindelser med at opnå mere bionedbrydelige, biokompatible materialer med lavere antimikrobiel resistens sammenlignet med andre bakteriedræbende systemer, der ender med at generere resistens og derfor hurtigt mister effektivitet."

Alt det almindeligt anvendte sanitetsudstyr såsom papir, bomuld, kirurgiske masker og kommercielle plastre udviste iboende multi-pathway antibakteriel aktivitet med hurtige reaktioner mod et bredt spektrum af mikrobielle arter. Dette omfattede mikroorganismer, der har udviklet resistens over for ekstreme miljøforhold (såsom B. subtilis), såvel som patogener, der anses for at være den primære kilde, der er ansvarlig for mange nuværende infektioner, især dem, der er erhvervet i sundhedsfaciliteter.

Disse patogener omfatter multi-resistente mikroorganismer fra både Gram-negative (E. coli og P. aeruginosa) og Gram-positive (S. aureus, methicillin-resistente S. aureus-MRSA og E. faecalis). Disse materialer har også udvist effektivitet mod svampe såsom C. albicans og C. auris.

Desuden blev dens effektive anvendelse demonstreret i våde atmosfærer, som dem der findes i sundhedsmiljøer, hvor luftvejsdråber og/eller andre biovæsker er til stede, hvilket reducerer risikoen for indirekte kontakttransmission. En sådan antimikrobiel aktivitet blev tilskrevet en direkte kontaktdræbende proces, hvor patogenet oprindeligt er knyttet til belægningen af ​​catechol-molekyler og andre polyphenolderivater.

Derefter aktiveres en multi-pathway antibakteriel effekt, hovedsageligt fokuseret på en vedvarende generering af biosikkerhedsniveauer af ROS og elektrostatiske interaktioner med protiske aminogrupper udsat for overfladen. Disse antibakterielle mekanismer inducerede en hurtig (180 minutter for bakterier og 24 timer for svampe) og effektiv (mere end 99%) respons mod patogener, hvilket forårsagede irreversibel skade på mikroorganismerne.

Disse innovative belægninger følger en enkel et-trins og skalerbar syntese under milde forhold ved hjælp af overkommelige materialer og grønne kemi-baserede metoder. Desuden øger den polyfenoliske karakter af deres sammensætninger og fraværet af yderligere eksterne antimikrobielle midler enkelheden af ​​de bioinspirerede belægninger og undgår induktion af AMR og dets cytotoksiske virkninger på værtsceller og miljøet.

Værd at nævne er, at forskellige parametre såsom farve, tykkelse og vedhæftning blev finjusteret, hvilket giver en tilpasningsdygtig løsning til de forskellige krav til den endelige materialeanvendelse. Generelt har de designede bio-inspirerede belægninger vist et enormt potentiale for yderligere oversættelse til klinikker, da de repræsenterer et muligt alternativ til eksisterende antimikrobielle materialer.

Flere oplysninger: Jose Bolaños-Cardet et al., Bioinspirerede phenolbaserede belægninger til medicinske stoffer mod antimikrobiel resistens, Chemical Engineering Journal (2024). DOI:10.1016/j.cej.2024.148674

Leveret af Barcelona Autonomous University