Forskere udvikler MRSA-dræbende maling

Bygger på et enzym, der findes i naturen, forskere ved Rensselaer Polytechnic Institute har skabt en belægning i nanoskala til kirurgisk udstyr, hospitalsvægge, og andre overflader, som sikkert udrydder methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA), de bakterier, der er ansvarlige for antibiotikaresistente infektioner.

"Vi bygger på naturen, " sagde Jonathan S. Dordick, Howard P. Isermann professor i kemi og biologisk teknik, og direktør for Rensselaers Center for Bioteknologi &Interdisciplinære Studier. "Her har vi et system, hvor overfladen indeholder et enzym, der er sikkert at håndtere, ser ikke ud til at føre til modstand, siver ikke ud i miljøet, og tilstopper ikke med celleaffald. MRSA-bakterierne kommer i kontakt med overfladen, og de bliver dræbt."

I test, 100 procent af MRSA i opløsning blev dræbt inden for 20 minutter efter kontakt med en overflade malet med latexmaling, der er trukket med belægningen.

Den nye belægning forbinder kulstofnanorør med lysostafin, et naturligt forekommende enzym, der bruges af ikke-patogene stammer af Staph-bakterier til at forsvare sig mod Staphylococcus aureus, inklusive MRSA. Det resulterende nanorør-enzym "konjugat" kan blandes med et vilkårligt antal overfladefinisher - i test, det var blandet med almindelig latex husmaling.

I modsætning til andre antimikrobielle belægninger, det er kun giftigt for MRSA, er ikke afhængig af antibiotika, og udvasker ikke kemikalier til miljøet eller bliver tilstoppet over tid. Den kan vaskes gentagne gange uden at miste effektiviteten og har en tør opbevaringstid på op til seks måneder.

Forskningen, ledet af Dordick og Ravi Kane, professor ved Institut for Kemi- og Biologisk Teknik ved Rensselaer, sammen med samarbejde fra Dennis W. Metzger ved Albany Medical College, og Ravi Pangule, en kemiingeniørstuderende på projektet, er blevet offentliggjort i juli-udgaven af ​​tidsskriftet ACS Nano , udgivet af American Chemical Society.

Dordick sagde, at nanorør-enzymbelægningen bygger på flere års tidligere arbejde med at indlejre enzymer i polymerer. I tidligere undersøgelser, Dordick og Kane opdagede, at enzymer knyttet til kulstofnanorør var mere stabile og tættere pakket, når de blev indlejret i polymerer end enzymer alene.

"Hvis vi putter et enzym direkte i en belægning (såsom maling), vil det langsomt springe ud, " sagde Kane. "Vi ønskede at skabe et stabiliserende miljø, og nanorørene tillader os at gøre det."

Efter at have etableret det grundlæggende i at indlejre enzymer i polymerer, de rettede deres opmærksomhed mod praktiske anvendelser.

"Vi spurgte os selv - var der eksempler i naturen, hvor enzymer kan udnyttes, der har aktivitet mod bakterier?" sagde Dordick. Svaret var ja, og holdet fokuserede hurtigt på lysostafin, et enzym, der udskilles af ikke-patogene Staph-stammer, uskadelige for mennesker og andre organismer, i stand til at dræbe Staphylococcus aureus , inklusive MRSA, og kommercielt tilgængelig.

"Det er meget effektivt. Hvis du putter en lillebitte mængde lysostaphin i en opløsning med Staphylococcus aureus , du vil se bakterierne dø næsten med det samme, " sagde Kane.

Lysostaphin virker ved først at binde sig til bakteriecellevæggen og derefter skære cellevæggen op (enzymets navn stammer fra det græske "lysis", der betyder "at løsne eller frigive").

"Lysostaphin er usædvanligt selektivt, "Dordick sagde. "Det virker ikke mod andre bakterier, og det er ikke giftigt for menneskelige celler."

Enzymet er knyttet til carbon nanorøret med en kort fleksibel polymerforbindelse, hvilket forbedrer dets evne til at nå MRSA-bakterierne, sagde Kane.

"Jo mere lysostafhinen er i stand til at bevæge sig rundt, jo mere er det i stand til at fungere." sagde Dordick.

De testede med succes det resulterende nanorør-enzymkonjugat på Albany Medical College, hvor Metzger opretholder stammer af MRSA.

"I sidste ende har vi et meget selektivt middel, der kan bruges i en lang række miljøer - maling, belægning, medicinske instrumenter, dørhåndtag, kirurgiske masker - og det er aktivt og stabilt, " sagde Kane. "Den er klar til brug, når du er klar til at bruge den."

Nanorør-enzymtilgangen vil sandsynligvis vise sig at være overlegen i forhold til tidligere forsøg på antimikrobielle midler, som falder i to kategorier:belægninger, der frigiver biocider, eller belægninger, der "spyder" bakterier.

Belægninger, der frigiver biocider - som virker på samme måde som marin antibegroningsmaling - giver skadelige bivirkninger og mister effektivitet over tid, da deres aktive ingrediens udvaskes i miljøet.

Belægninger, der spreder bakterier - ved hjælp af amfipatiske polykationer og antimikrobielle peptider - har tendens til at tilstoppe, også miste effektivitet.

Nanorør-lysostaphin-belægningen gør hverken sagde Dordick.

"Vi brugte en del tid på at demonstrere, at enzymet ikke kom ud af malingen under de antibakterielle eksperimenter. det var overraskende, at enzymet virkede så godt, som det gjorde, mens det forblev indlejret nær overfladen af ​​malingen, " sagde Dordick.

Enzymets udskæring eller "lytiske" virkning betyder også, at bakteriecelleindholdet spredes, eller kan fjernes ved at skylle eller vaske overfladen.

Kane sagde også, at MRSA sandsynligvis ikke udvikler resistens over for et naturligt forekommende enzym.

"Lysostaphin har udviklet sig over hundreder af millioner af år til at være meget svært for Staphylococcus aureus at modstå, " sagde Kane. "Det er en interessant mekanisme, som disse enzymer bruger, som vi drager fordel af."