Selen undertrykker staph på implantatmateriale

Selen er et billigt element, der naturligt hører hjemme i kroppen. Det er også kendt for at bekæmpe bakterier. Stadig, det var ikke blevet prøvet som antibiotisk belægning på et medicinsk udstyrsmateriale. I en ny undersøgelse, Brown University ingeniører rapporterer, at når de brugte selen nanopartikler til at belægge polycarbonat, materialet af katetre og endotracheale rør, resultaterne var betydelige reduktioner i dyrkede populationer af Staphylococcus aureus bakterie, nogle gange med så meget som 90 procent.

"Vi ønsker at forhindre, at bakterierne danner en biofilm, " sagde Thomas Webster, professor i ingeniørvidenskab og ortopædi, der studerer, hvordan nanoteknologi kan forbedre medicinske implantater. Han er avisens seniorforfatter, offentliggjort online i denne uge i Journal of Biomedical Materials Research A .

Biofilm er notorisk svære kolonier af bakterier at behandle, fordi de ofte er i stand til at modstå antibiotika.

"Jo længere vi kan forsinke eller inhibere fuldstændigt dannelsen af ​​disse kolonier, jo mere sandsynligt vil dit immunsystem rense dem, " sagde Webster. "At sætte selen på der kunne købe mere tid til at holde en endotracheal tube i en patient."

I mellemtiden Webster sagde, fordi selen faktisk er et anbefalet næringsstof, det skulle være uskadeligt i kroppen ved de koncentrationer, der findes i belægningerne. Også, det er meget billigere end sølv, et mindre biokompatibelt materiale, der er det nuværende kendte til antibakterielle belægninger til medicinsk udstyr.

Webster har undersøgt selen nanopartikler i årevis, mest for deres mulige anticancer-effekter. Da han begyndte at se på deres antibiotiske egenskaber, han konsulterede med Hasbro Børnehospital børnelæge Keiko Tarquinio, adjunkt i pædiatri, som har været ivrig efter at finde måder at reducere biofilm på implantater.

Studerer selen

Til denne undersøgelse, Webster og førsteforfatter Qi Wang dyrkede selennanopartikler i to forskellige størrelsesintervaller og brugte derefter opløsninger af dem til at belægge stykker af polycarbonat ved hjælp af en hurtig, enkel proces. På nogle af polycarbonaten, De påførte og flåede derefter tape af, ikke kun for at teste belægningernes holdbarhed, men også for at se, hvordan en nedbrudt koncentration af selen ville fungere mod bakterier.

På coated polycarbonat - både de oprindeligt coatede og de tape-testede stykker - brugte Wang og Webster elektron- og atomkraftmikroskoper til at måle koncentrationen af ​​nanopartikler og hvor meget overfladeareal af selen, der blev udsat for at interagere med bakterier.

Et af deres resultater var, at efter tapetesten, mindre nanopartikler klæbede bedre til polycarbonatet end større.

Så var de klar til nøgletrinet:eksperimenter, der udsatte dyrkede stafylokokker for polycarbonatstykker, hvoraf nogle blev efterladt ubelagte som kontroller. Blandt de belagte stykker, nogle havde de større nanopartikler og nogle havde de mindre. Nogle fra hver af disse grupper var blevet forringet af båndet, og andre havde ikke.

Alle fire typer selenbelægninger viste sig effektive til at reducere staph-populationer efter 24, 48, og 72 timer sammenlignet med de ikke-coatede kontroller. De mest potente virkninger - reduktioner større end 90 procent efter 24 timer og så meget som 85 procent efter 72 timer - kom fra belægninger af begge partikelstørrelsesområder, som ikke var blevet nedbrudt af tapen. Blandt de belægninger, der var blevet udsat for tapetesten, de mindre nanopartikelbelægninger viste sig at være mere effektive.

Staph-populationer udsat for nogen af ​​de coatede polycarbonatstykker toppede ved 48-timers tidsrammen, måske fordi det var på det tidspunkt, hvor bakterierne kunne udnytte in vitro-dyrkningsmediet bedst muligt. Men niveauerne faldt altid dramatisk med 72 timer.

Det næste skridt, Webster sagde, er at begynde at teste på dyr. Sådanne in vivo eksperimenter, han sagde, vil teste selenbelægningerne i en kontekst, hvor bakterierne har mere tilgængelig mad, men også vil stå over for en immunforsvarsreaktion.

Resultaterne kan i sidste ende have kommerciel relevans. Tidligere kandidatstuderende udviklede en forretningsplan for selen-nanopartikelbelægningerne, mens de gik i skole og har siden licenseret teknologien fra Brown til deres virksomhed, Axena Technologies.