Nanoblodplader af grafit på medicinsk udstyr dræber bakterier og forhindrer infektioner

Grafit nanoblodplader integreret i medicinske plastikoverflader kan forhindre infektioner, dræber 99,99 procent af de bakterier, der forsøger at binde sig - en billig og levedygtig potentiel løsning på et problem, der påvirker millioner, koster enorme mængder tid og penge, og accelererer antibiotikaresistens. Det viser forskning fra Chalmers Tekniske Universitet. Sverige, i journalen Lille .

Hvert år, over fire millioner mennesker i Europa er ramt af infektioner, der er pådraget under sundhedsprocedurer, ifølge European Center for Disease Prevention and Control (ECDC). Mange af disse er bakterielle infektioner, der udvikler sig omkring medicinsk udstyr og implantater i kroppen, såsom katetre, hofte- og knæproteser eller tandimplantater. I værste tilfælde skal implantaterne fjernes.

Bakterielle infektioner som denne kan forårsage stor lidelse for patienter og koste sundhedsvæsenet enorme mængder tid og penge. Derudover store mængder antibiotika bruges i øjeblikket til at behandle og forebygge sådanne infektioner, koster flere penge, og fremskynde udviklingen af ​​antibiotikaresistens.

"Formålet med vores forskning er at udvikle antibakterielle overflader, som kan reducere antallet af infektioner og efterfølgende behov for antibiotika, og som bakterier ikke kan udvikle resistens over for. Vi har nu vist, at skræddersyede overflader dannet af en blanding af polyethylen og grafit nanoplader kan dræbe 99,99 procent af de bakterier, der forsøger at binde sig til overfladen, " siger Santosh Pandit, postdoc i forskningsgruppen af ​​professor Ivan Mijakovic ved afdelingen for systembiologi, Institut for Biologi og Bioteknologi, Chalmers Tekniske Universitet.

Infektioner på implantater er forårsaget af bakterier, der rejser rundt i kroppen i væsker som blod, på jagt efter en overflade at hæfte sig på. Når de lander på en passende overflade, de begynder at formere sig og danne en biofilm - en bakteriel belægning.

Tidligere undersøgelser fra Chalmers-forskerne viste, hvordan lodrette flager af grafen, anbragt på overfladen af ​​et implantat, kunne danne en beskyttende belægning, gør det umuligt for bakterier at fæstne sig - som pigge på bygninger designet til at forhindre fugle i at rede. Grafenflagerne beskadiger cellemembranen, dræber bakterierne. Men at producere disse grafenflager er dyrt, og i øjeblikket ikke gennemførligt til storskalaproduktion.

"Men nu, vi har opnået de samme fremragende antibakterielle virkninger, men ved at bruge relativt billige grafit nanoplader, blandet med en meget alsidig polymer. Polymeren, eller plastik, er ikke i sagens natur kompatibel med grafit nanoblodplader, men med standard plastfremstillingsteknikker, det lykkedes os at skræddersy materialets mikrostruktur, med ret høje fyldstoffer, for at opnå den ønskede effekt. Og nu har det et stort potentiale for en række biomedicinske applikationer, " siger Roland Kádár, Lektor ved Institut for Industri- og Materialevidenskab på Chalmers.

Nanoblodpladerne på overfladen af ​​implantaterne forhindrer bakteriel infektion, men afgørende, uden at skade sunde menneskeceller. Menneskelige celler er omkring 25 gange større end bakterier, så mens grafit nanoblodpladerne skærer fra hinanden og dræber bakterier, de ridser knap en menneskelig celle.

"Ud over at reducere patienternes lidelse og behovet for antibiotika, implantater som disse kan føre til mindre krav til efterfølgende arbejde, da de kunne forblive i kroppen meget længere end dem, der bruges i dag, " siger Santosh Pandit. "Vores forskning kan også bidrage til at reducere de enorme omkostninger, som sådanne infektioner forårsager sundhedstjenester på verdensplan."

I undersøgelsen, forskerne eksperimenterede med forskellige koncentrationer af grafit nanoplader og plastmaterialet. En sammensætning på omkring 15-20 procent grafit nanoblodplader havde den største antibakterielle effekt - forudsat at morfologien er meget struktureret.

"Som i den tidligere undersøgelse, den afgørende faktor er at orientere og fordele grafit nanopladerne korrekt. De skal ordnes meget præcist for at opnå maksimal effekt, " siger Roland Kádár.