Solcremeingrediens kan forhindre medicinske implantatinfektioner

En almindelig ingrediens i solcreme kunne være en effektiv antibakteriel belægning til medicinske implantater såsom pacemakere og erstatningsled.

Forskere fra University of Michigan fandt ud af, at en belægning af zinkoxid-nanopyramider kan forstyrre væksten af ​​methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA), reducerer filmen på behandlede materialer med over 95 procent. Omkring en million implanteret medicinsk udstyr inficeres hvert år med MRSA og andre bakteriearter.

"Det er ekstremt svært at behandle disse infektioner, " sagde J. Scott VanEpps, en klinisk underviser og forskningsstipendiat i U-M Medical Schools afdeling for akutmedicin, hvis hold ledede den biologiske undersøgelse.

Behandlingen involverer enten en lang antibiotikakur, som kan føre til antibiotikaresistens og toksiske bivirkninger, eller implantaterne skal udskiftes kirurgisk, hvilket kan være ret omfattende for enheder som hjerteklapper og ledproteser, sagde VanEpps.

Ideelt set læger vil gerne forhindre, at infektionerne opstår i første omgang. En mulighed er at belægge enhederne med noget, som bakterier ikke kan vokse på. De nye resultater, offentliggjort i tidsskriftet Nanomedicin , tyder på, at en sådan belægning kunne fremstilles af nanopartikler af zinkoxid - en ingrediens i solcreme og bleudslæt, der gør lotionen tykkere og relativt uigennemsigtig.

Hvis nanopartiklerne er formet som en pyramide med en sekskantformet base, de er meget effektive til at forhindre et enzym kaldet beta-galactosidase i at nedbryde laktose til de mindre sukkerarter glucose og galactose, som bakterierne bruger til brændstof.

Form er vigtigt, både for enzymet og for nanopartiklerne. Enzymet skal kunne vrides for at skære laktosen i de mindre sukkerarter. To aminosyrer, eller proteinbyggesten, sidde overfor hinanden på tværs af en rille i enzymet. Laktosen passer ind i rillen, og aminosyrerne samles for at katalysere opdelingen i glucose og galactose.

"Selvom der skal udføres flere undersøgelser, vi tror, ​​at zinkoxid-nanopyramider forstyrrer denne vridende bevægelse, sagde Nicholas Kotov, Joseph B. og Florence V. Cejka professor i kemiteknik, hvis gruppe lavede nanopartiklerne.

Holdets forskning tyder på, at en del af nanopartiklerne - en kant eller spidsen - indsætter sig selv i rillen. Ved blot at tilstoppe en af ​​de fire riller, nanopartiklerne kan lukke ned for hele enzymet ved at forhindre vridningen.

For at udforske konceptet med en antibakteriel belægning, Kotovs gruppe dækkede nogle pinde med nanopyramiderne, og derefter stak VanEpps' team dem ind i et stof, der ville tillade bakterier at vokse. De evaluerede fire arter af bakterier på coatede og ikke-coatede pinde - to stafylokokkarter (inklusive MRSA), en art, der forårsager lungebetændelse og E coli .

Efter 24 timers vækst, antallet af levedygtige stafylokokkceller udvundet fra de coatede pinde var 95 procent mindre end dem fra de ikke-coatede pinde. Lungebetændelsen og E coli arter var mindre modtagelige for nanopartiklerne.

"Mens belægningen ikke var i stand til fuldstændig at udrydde alle stafylokokker, denne dramatiske reduktion kunne sandsynligvis gøre det muligt for antibiotikabehandlinger at lykkes eller blot tillade det menneskelige immunsystem at tage over uden behov for antibiotika, " sagde VanEpps.

Staph, inklusive MRSA, er særligt sårbar over for nanopyramiderne, fordi dens cellevæg er en matrix af proteiner og sukkerarter. Holdet har mistanke om, at da MRSA forsøgte at kolonisere pløkkene, nanopyramiderne bundet til de enzymer, der bygger cellevæggen. Da enzymerne ikke kunne opretholde cellevæggen, cellerne brød ned.

Hvis det virkelig er sådan nanopyramiderne fungerer, så burde belægningen ikke være nogen problemer for menneskelige celler, hvis membrankabinetter ikke har de samme sårbarheder. Det kan også forklare, hvorfor belægningen ikke er nær så effektiv på E coli , som ikke bærer sine cellevægsenzymer på ærmet.

Mange forhindringer står mellem nanopartikelbelægningen og klinisk brug hos patienter. Forskerne skal finde ud af, hvordan en sådan belægning ville påvirke menneskelige celler nær implantatet og undersøge, hvordan nanopyramiderne påvirker andre enzymer i mennesker og bakterier.

"Den stærke antibakterielle aktivitet mod MRSA og andre patogener er et spændende fund, " sagde Kotov. "Vi ønsker bedre at forstå mekanismerne for den antibakterielle funktion for at finjustere dens hæmmende aktivitet og identificere de strukturelle ligheder blandt enzymer, som pyramideformede nanopartikler kan hæmme."