Grafen binder lægemidler, der dræber bakterier på medicinske implantater

Bakterielle infektioner i forbindelse med medicinske implantater lægger en enorm byrde på sundhedsvæsenet og forårsager stor lidelse for patienter verden over. Nu, forskere ved Chalmers Tekniske Universitet, Sverige, har udviklet en ny metode til at forhindre sådanne infektioner, ved at dække et grafenbaseret materiale med bakteriedræbende molekyler.

"Gennem vores forskning, det er lykkedes os at binde vanduopløselige antibakterielle molekyler til grafen, og at få molekylerne frigivet i en kontrolleret, kontinuerlig måde fra materialet, " siger Santosh Pandit, forsker ved Institut for Biologi og Biologisk Teknik på Chalmers, og førsteforfatter af undersøgelsen, som for nylig blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

"Dette er et væsentligt krav for, at metoden kan fungere. Den måde, hvorpå vi binder de aktive molekyler til grafenen, er også meget enkel, og kunne nemt integreres i industrielle processer."

Visse bakterier kan danne uigennemtrængelige overfladelag, eller biofilm, "på kirurgiske implantater, såsom tand- og andre ortopædiske implantater, og repræsenterer et stort problem for sundhedsvæsenet globalt. Biofilm er mere modstandsdygtig end andre bakterier, og infektionerne er derfor ofte svære at behandle, fører til stor lidelse for patienterne, og i de værste tilfælde, nødvendiggør fjernelse eller udskiftning af implantaterne. Ud over virkningerne på patienter, det medfører store omkostninger for sundhedsudbydere.

Grafen er velegnet som vedhæftningsmateriale

Der er en række vanduopløselige, eller hydrofob, lægemidler og molekyler, der kan bruges på grund af deres antibakterielle egenskaber. Men for at de kan bruges i kroppen, de skal være knyttet til et materiale, som kan være vanskelige og arbejdskrævende at fremstille.

"Graphene tilbyder her et stort potentiale for interaktion med hydrofobe molekyler eller lægemidler, og da vi skabte vores nye materiale, vi gjorde brug af disse egenskaber. Processen med at binde de antibakterielle molekyler foregår ved hjælp af ultralyd, " siger Santosh Pandit.

I undersøgelsen, grafenmaterialet var dækket med usninsyre, som er udvundet af lav, for eksempel fruticose lav. Tidligere forskning har vist, at usninsyre har gode bakteriedræbende egenskaber. Det virker ved at forhindre bakterier i at danne nukleinsyrer, især hæmning af RNA-syntese, og dermed blokere proteinproduktionen i cellen.

Enkel metode baner vej for fremtidige lægemidler

Usninsyre blev testet for sin resistens over for de patogene bakterier Staphylococcus aureus og Staphylococcus epidermidis, to almindelige syndere for biofilmdannelse på medicinske implantater. Forskernes nye materiale viste en række lovende egenskaber. Ud over vellykkede resultater for integration af usninsyre i overfladen af ​​grafenmaterialet, de observerede også, at usninsyremolekylerne blev frigivet på en kontrolleret og kontinuerlig måde, forhindrer således dannelsen af ​​biofilm på overfladen.

"Endnu vigtigere, vores resultater viser, at metoden til at binde de hydrofobe molekyler til grafen er enkel. Det baner vejen for mere effektiv antibakteriel beskyttelse af biomedicinske produkter i fremtiden. Vi planlægger nu forsøg, hvor vi vil udforske binding af andre hydrofobe molekyler og lægemidler med endnu større potentiale til at behandle eller forebygge forskellige kliniske infektioner, " siger Santosh Pandit.