Sticket og sikkert:Bornitrid vs. antibiotika

Materialeforskere fra MISIS University har præsenteret antibakterielle nano-coatings med op til 99,99% effektivitet mod mikrobielle og svampepatogener. Et materiale baseret på bornitrid og ultrafine metalliseret sølv- eller jernoxidnanopartikler har ikke typiske negative bivirkninger og kan derfor blive et sikkert alternativ til antibiotika inden for traumatologi, kirurgi og implantologi. Resultaterne af arbejdet er blevet publiceret i tidsskriftet Applied Surface Science .

Menneskehedens historie er knyttet til kampen mod infektioner, og problemet er stadig akut. På grund af en betydelig stigning i antallet af kirurgiske indgreb og fremkomsten af ​​bakterier, der er resistente over for antibiotika, er problemet med at undertrykke infektion i de tidlige stadier blevet særligt relevant. For eksempel ifølge det videnskabelige tidsskrift Lancet , døde over en million mennesker af antibiotika-resistente bakterieinfektioner i 2019. Ifølge samme publikation er dødeligheden fra bakteriel resistens over for antibiotika nu næst efter slagtilfælde og koronar hjertesygdom.

Derudover forsøger forskere over hele verden at løse problemet med mikrobielle infektioner forårsaget af installation af implantater under operation. Ortopæd- og tandkirurgi er et særligt alvorligt problem. Det er ingen hemmelighed, at samtidig medicinbehandling mod betændelse omkring implantater ofte fører til bivirkninger på grund af antibiotikaens egenskaber og høje doser.

En gruppe forskere fra NUST MISIS tilbød i samarbejde med kolleger fra Statens Forskningscenter for Anvendt Mikrobiologi og Bioteknologi en ikke-standard løsning på problemet - en kompleks tredobbelt effekt på et infektiøst patogen:fysisk skade på bakteriemembranen, en bakteriedræbende effekt på grund af frigivelsen af ​​metalioner og syntesen af ​​reaktive oxygenarter, der ødelægger patogener.

"For at løse problemet har vi syntetiseret belægninger bestående af bornitrid-nanopartikler, modificeret med ultrafine metalliske sølv- eller jernoxidnanopartikler. Bornitridbærere har en unik sfærisk form med en overflade dækket af nåle. Vedhæftende bakterier dør på grund af fysisk ødelæggelse af deres cellemembran ved direkte kontakt med overfladen. Selve belægningerne udsender metalioner afhængigt af koncentrationen. Vores undersøgelser har vist, at jernoxidnanopartikler (74 μg/cm ² ved en minimal hæmmende koncentration) ) undertrykker effektivt væksten af ​​gram-negative E. coli-bakterier, såvel som Staphylococcus aureus og Streptococcus pneumoniae bakteriestammer i løbet af de første tre timer. Belægninger med sølv i en minimumskoncentration svarende til 12 μg/cm inaktiverer bakterier fuldstændigt," sagde Christina Gudz, en af ​​forfatterne til undersøgelsen, forsker ved NUST MISIS Inorganic Nanomaterials Laboratory.

Det viste sig, at denne belægning ødelægger 100% af de undersøgte mikroorganismer. Bakteriestammer og Candida parapsilose-svamp dør inden for 24 timer efter eksponering. Ifølge forskerne kan de sfæriske og nåleformede ("shaggy") nanopartikler kun dannes af bornitrid.

Forbedret bakteriedræbende og fungicid aktivitet af de opnåede prøver er forbundet med dannelsen af ​​et stort antal reaktive oxygenarter:frie radikaler beskadiger mikroorganismernes membraner, hvilket fører til deres død.

Udviklerne understreger, at testene har bevist fraværet af cytotoksicitet af belægningen, hvilket betyder, at det er sikkert for patienten, mens dets aktive stof er effektivt mod patogener. Den overvejende forskel i belægningen sammenlignet med analogerne er de minimale doser af bakteriedræbende komponenter og det fuldstændige fravær af et antibiotisk fyldstof, som eliminerer resistens.

Holdet testede de opnåede prøver som belægninger til implantater. Næste skridt bliver at bruge udviklingen som forbindingsmateriale i traumatologi og kirurgi. De planlægger også at udføre in vitro-undersøgelser i fremtiden, men nu er prioriteten at gennemføre undersøgelser af farlige stammer af bakterier og vira (Vibrio cholerae, COVID-19 osv.). + Udforsk yderligere

Bornitrid nanofilm vil erstatte antibiotika til beskyttelse mod bakterie- og svampeinfektioner