Superbug dræber:Ny nanoteknologi ødelægger bakterier og svampeceller

Forskere har udviklet en ny superbug-ødelæggende belægning, der kan bruges på sårforbindinger og implantater til at forebygge og behandle potentielt dødelige bakterie- og svampeinfektioner.

Materialet er en af ​​de tyndeste antimikrobielle belægninger, der er udviklet til dato og er effektiv mod en bred vifte af lægemiddelresistente bakterier og svampeceller, mens de efterlader menneskelige celler uskadte.

Antibiotikaresistens er en stor global sundhedstrussel, forårsager mindst 700, 000 dødsfald om året. Uden udvikling af nye antibakterielle terapier, dødstallet kan stige til 10 millioner mennesker om året i 2050, svarende til 100 billioner USD i sundhedsudgifter.

Mens sundhedsbyrden ved svampeinfektioner er mindre anerkendt, globalt dræber de omkring 1,5 millioner mennesker hvert år, og dødstallet vokser. En ny trussel mod hospitalsindlagte COVID-19-patienter er for eksempel den almindelige svamp, Aspergillus, som kan forårsage dødelige sekundære infektioner.

Den nye belægning fra et team ledet af RMIT University er baseret på et ultratyndt 2D-materiale, der indtil nu hovedsageligt har været af interesse for næste generations elektronik.

Undersøgelser af sort phosphor (BP) har vist, at det har nogle antibakterielle og svampedræbende egenskaber, men materialet er aldrig blevet metodisk undersøgt med henblik på potentiel klinisk brug.

Den nye forskning, offentliggjort i American Chemical Societys tidsskrift Anvendte materialer og grænseflader , afslører, at BP er effektiv til at dræbe mikrober, når den spredes i nanothinde lag på overflader som titanium og bomuld, bruges til at lave implantater og sårforbindinger.

Co-lead forsker Dr. Aaron Elbourne sagde at finde et materiale, der kunne forhindre både bakterielle og svampeinfektioner, var et betydeligt fremskridt.

"Disse patogener er ansvarlige for massive sundhedsbyrder, og efterhånden som lægemiddelresistens fortsætter med at vokse, vores evne til at behandle disse infektioner bliver stadig sværere, "Elbourne, en postdoktor ved School of Science ved RMIT, sagde.

"Vi har brug for smarte nye våben til krigen mod superbugs, som ikke bidrager til problemet med antimikrobiel resistens.

"Vores nanothin-belægning er en dobbelt insektdræber, der virker ved at rive bakterier og svampeceller fra hinanden, noget mikrober vil kæmpe for at tilpasse sig til. Det ville tage millioner af år naturligt at udvikle nye forsvar mod et sådant dødeligt fysisk angreb.

"Selvom vi har brug for yderligere forskning for at kunne anvende denne teknologi i kliniske omgivelser, det er en spændende ny retning i søgen efter mere effektive måder at tackle denne alvorlige sundhedsudfordring på."

Medledende forsker lektor Sumeet Walia, fra RMIT's School of Engineering, har tidligere ledet banebrydende undersøgelser med brug af BP til kunstig intelligens-teknologi og hjerne-efterlignende elektronik.

"BP nedbrydes i nærvær af ilt, hvilket normalt er et stort problem for elektronik og noget vi var nødt til at overvinde med omhyggelig præcisionsteknik for at udvikle vores teknologier, " sagde Walia.

"Men det viser sig, at materialer, der let nedbrydes med oxygen, kan være ideelle til at dræbe mikrober - det er præcis, hvad forskerne, der arbejder med antimikrobielle teknologier, ledte efter.

"Så vores problem var deres løsning."

Hvordan nanothin bug killer virker

Når BP bryder sammen, det oxiderer overfladen af ​​bakterier og svampeceller. denne proces, kendt som cellulær oxidation, i sidste ende arbejder på at rive dem fra hinanden.

I den nye undersøgelse, førsteforfatter og ph.d. Forsker Zo Shaw testede effektiviteten af ​​nanothinde lag af BP mod fem almindelige bakteriestammer, herunder E. coli og lægemiddelresistent MRSA, samt fem typer svampe, herunder Candida auris.

På kun to timer, op til 99 % af bakterie- og svampeceller blev ødelagt.

Vigtigt, BP begyndte også at nedbryde sig selv i den tid og blev fuldstændig opløst inden for 24 timer - en vigtig egenskab, der viser, at materialet ikke ville ophobes i kroppen.

Laboratorieundersøgelsen identificerede de optimale niveauer af BP, der har en dødelig antimikrobiel effekt, mens de efterlader menneskelige celler sunde og hele.

Forskerne er nu begyndt at eksperimentere med forskellige formuleringer for at teste effektiviteten på en række medicinsk-relevante overflader.

Teamet er opsat på at samarbejde med potentielle industripartnere for at videreudvikle teknologien, for hvilken der er indgivet en foreløbig patentansøgning.