At lære antimikrobiel fysik fra cikader

(Phys.org) — Inspireret af vingestrukturen på en lille flue, et NPL-ledet forskerhold udviklede nanomønstrede overflader, der modstår bakteriel vedhæftning og samtidig understøtter væksten af ​​menneskelige celler.

Spredningen af ​​antimikrobiel resistens med fremkomsten af ​​'superbugs', der modstår selv 'sidste udvej' antibiotika, har fået Verdenssundhedsorganisationen (WHO) til formelt at tackle problemet med en uønsket post-antibiotisk æra.

Antibiotika er kemikalier, der er selektivt giftige for bakterier. Resistente bakterier kan nedbryde antibiotika for at gøre dem mindre giftige eller ændre de steder, de binder sig til, for at aflede antibakteriel virkning. I dette lys, det er ved at blive klart, at det at nå en subtil balance mellem antibiotika og infektioner er en lang og måske uendelig rejse, som nødvendiggør søgen efter alternative tilgange.

Transplantationsmedicin, sårheling og transplantatkirurgi har særligt strenge krav til infektionsfri celle- og vævsvækst. Opmuntrende, tilgange til støtte for dette er ikke begrænset til brugen af ​​antibiotika. En bemærkelsesværdig løsning leveres af en usandsynlig kilde - cikaden.

Vingerne på denne lille flue viser bakteriedræbende nanoskala søjlestrukturer. Hver af disse søjler er en gedde på flere tiere af nanometer i diameter og er adskilt fra andre gedder med jævne nanometerintervaller. Tæt pakket på vingens overflader, disse søjler arrangeres i nanomønstre, som gennemborer bakteriecellers membraner ved kontakt, rive bakterier fra hinanden.

Inspireret af dette eksempel, et forskerhold fra NPL og School of Oral and Dental Sciences ved University of Bristol konstruerede biokompatible overflader, der udviser nanowire-arrays. Hver af disse nanotråde, på lignende måde som cikadens nanopiller, fungerer som et lille spyd, der gennemborer bakterieceller og forårsager deres lækage og død. Bemærkelsesværdigt, imidlertid, og i modsætning til cikadevinger, disse substrater er også i stand til at guide menneskelige celler til at vokse og formere sig.

Ting Diu, en ph.d.-studerende, der arbejdede på projektet, offentliggjort i NPG'er Videnskabelige rapporter denne måned, sagde:"Biokompatible materialer mangler overfladesignaler, der kan guide celler på en bestemt måde. De overflader, vi konstruerede, fungerer som selvdekontaminerende skjolde, der kan sortere menneskelige celler fra, som de støtter, fra bakterier, som de modsætter sig. På grund af disse egenskaber kan vores begrundelse tilpasses til en række forskellige biomedicinske implantater, antifouling overflader eller biosensorer. "

Det introducerede koncept holder løfte for klinisk relevante materialer ved at tilbyde en fysisk begrundelse for antimikrobiel virkning. I markant kontrast til antibiotikas biokemiske mekanismer, som er udsat for erhvervet modstand, fysiske mekanismer er uspecifikke, og kan ikke vendes eller ændres, tackle bakterieceller som helhed.