Se først på, hvordan individuelle Staphylococcus-celler klæber til nanostrukturer, kan føre til nye måder at forhindre infektioner på

Bakterien Staphylococcus aureus ( S. aureus ) er en almindelig kilde til infektioner, der opstår efter operationer, der involverer ledproteser og kunstige hjerteklapper. Den drueformede mikroorganisme klæber til medicinsk udstyr, og hvis det kommer ind i kroppen, det kan forårsage en alvorlig og endda livstruende sygdom kaldet en Staph-infektion. Den nylige opdagelse af lægemiddelresistente stammer af S. aureus gør tingene endnu værre.

En Staph-infektion kan ikke starte, medmindre Staphylococcus celler klæber sig først til en overflade, imidlertid, hvilket er grunden til, at forskerne arbejder hårdt på at udforske bakterieresistente materialer som en forsvarslinje.

Denne forskning er nu gået i nanoskala, takket være et team af forskere ledet af Berkeley Lab-forskere. De undersøgte, for første gang, hvor individuelt S. aureus celler glom på metalliske nanostrukturer af forskellige former og størrelser, der ikke er meget større end cellerne selv.

De fandt ud af, at bakteriel adhæsion og overlevelse varierer afhængigt af nanostrukturens form. Deres arbejde kunne føre til en mere nuanceret forståelse af, hvad der gør en overflade mindre indbydende for bakterier.

"Ved at forstå bakteriernes præferencer under adhæsion, medicinske implantatanordninger kan fremstilles til at indeholde overfladeegenskaber, der er immune over for bakterieadhæsion, uden krav om kemiske modifikationer, " siger Mohammad Mofrad, en fakultetsvidenskabsmand i Berkeley Lab's Physical Biosciences Division og en professor i bioteknik og maskinteknik ved UC Berkeley.

Mofrad udførte forskningen med Zeinab Jahed fra Physical Biosciences Division, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen og en kandidatstuderende i Mofrads UC Berkeley Molecular Cell Biomechanics Laboratory, i samarbejde med forskere fra Canadas University of Waterloo.

Deres forskning blev for nylig offentliggjort online i tidsskriftet Biomaterialer .

Forskerne brugte først elektronstrålelitografi og galvaniseringsteknikker til at fremstille nikkel nanostrukturer af forskellige former, inklusive solide søjler, udhulede søjler, c-formede søjler, og x-formede søjler. Disse funktioner har ydre diametre så små som 220 nanometer. De skabte også svampeformede nanostrukturer med små stængler og store udhæng.

De introducerede S. aureus celler til disse strukturer, gav cellerne tid til at klæbe, og skyllede derefter strukturerne med deioniseret vand for at fjerne alle undtagen de mest fast bundne bakterier.

Scanningelektronmikroskopi afslørede, hvilke former der er mest effektive til at hæmme bakteriel adhæsion. Forskerne observerede højere overlevelsesrater for bakterier på de rørformede søjler, hvor individuelle celler var delvist indlejret i hullerne. I modsætning, søjler uden huller havde de laveste overlevelsesrater.

Det fandt forskerne også ud af S. aureus celler kan klæbe til en lang række overflader. Cellerne klæber ikke kun til vandrette overflader, som forventet, men til meget buede træk, såsom sidevæggene af søjler. Cellerne kan også hænge fra udhængene af svampeformede nanostrukturer.

"Bakterierne ser ud til at fornemme overfladens nanotopografi og danne stærkere adhæsioner på specifikke nanostrukturer, " siger Jahed.