Ultratynd nanoteknologi lover at hjælpe med at tackle antibiotikaresistens

Forskere har opfundet et nanotyndt superbug-dræbende materiale, som en dag kunne integreres i sårforbindinger og implantater for at forhindre eller helbrede bakterielle infektioner.

Innovationen – som har gennemgået avancerede præ-kliniske forsøg – er effektiv mod en bred vifte af lægemiddelresistente bakterieceller, herunder "gyldne staph", som almindeligvis omtales som superbugs.

Antibiotikaresistens er en stor global sundhedstrussel, der forårsager omkring 700.000 dødsfald årligt, et tal, der kan stige til 10 millioner dødsfald om året i 2050 uden udvikling af nye antibakterielle terapier.

Den nye undersøgelse ledet af RMIT University og University of South Australia (UniSA) testede sort fosfor-baseret nanoteknologi som en avanceret infektionsbehandling og sårhelende terapeutisk.

Resultater offentliggjort i Advanced Therapeutics vis det effektivt behandlede infektioner og dræber over 99 % af bakterierne uden at beskadige andre celler i biologiske modeller.

Behandlingen opnåede sammenlignelige resultater med et antibiotikum med hensyn til at eliminere infektion og fremskynde heling med sår, der lukkede med 80 % i løbet af syv dage.

Den superbug-dræbende nanoteknologi udviklet internationalt af RMIT blev grundigt testet i prækliniske forsøg af sårhelingseksperter ved UniSA. RMIT har søgt patentbeskyttelse for de sorte fosforflager, herunder dets anvendelse i sårhelende formuleringer, inklusive geler.

RMIT co-lead forsker, professor Sumeet Walia, sagde, at undersøgelsen viste, hvordan deres innovation gav hurtig antimikrobiel virkning, og derefter selvnedbrydende, efter at truslen om infektion var blevet elimineret.

"Det smukke ved vores innovation er, at det ikke blot er en belægning - det kan faktisk integreres i almindelige materialer, som enheder er lavet af, såvel som plastik og geler, for at gøre dem antimikrobielle," sagde Walia fra RMIT's School of Engineering.

En tidligere undersøgelse ledet af RMIT afslørede, at sort fosfor var effektiv til at dræbe mikrober, når den blev spredt i nanotynde lag på overflader, der bruges til at lave sårforbindinger og implantater, såsom bomuld og titanium, eller integreret i plastik, der bruges i medicinske instrumenter.

Sådan fungerer opfindelsen

Sort fosfor er den mest stabile form for fosfor - et mineral, der er naturligt til stede i mange fødevarer - og i en ultratynd form nedbrydes det let med ilt, hvilket gør det ideelt til at dræbe mikrober.

"Når nanomaterialet nedbrydes, reagerer dets overflade med atmosfæren for at producere, hvad der kaldes reaktive oxygenarter. Disse arter hjælper i sidste ende ved at rive bakterieceller fra hinanden," sagde Walia.

Den nye undersøgelse testede effektiviteten af ​​nanotynde flager af sort fosfor mod fem almindelige bakteriestammer, herunder E. coli og lægemiddelresistent gylden staph.

"Vores antimikrobielle nanoteknologi ødelagde hurtigt mere end 99 % af bakteriecellerne - betydeligt flere end almindelige behandlinger, der bruges til at behandle infektioner i dag."

Den globale krig mod superbugs

Medlederforsker Dr. Aaron Elbourne fra RMIT sagde, at sundhedspersonale rundt om i verden havde et desperat behov for nye behandlinger for at overvinde problemet med antibiotikaresistens.

"Superbugs - de patogener, der er resistente over for antibiotika - er ansvarlige for massive sundhedsbyrder, og efterhånden som lægemiddelresistens vokser, bliver vores evne til at behandle disse infektioner stadig mere udfordrende," sagde Elbourne, en seniorforsker ved RMIT's School of Science ved RMIT.

"Hvis vi kan gøre vores opfindelse til en kommerciel realitet i kliniske omgivelser, ville disse superbugs globalt ikke vide, hvad der ramte dem."

Behandlingseffektivitet i prækliniske modeller for sårinfektion

Ledende forsker fra UniSA, Dr. Zlatko Kopecki, og hans team udførte de prækliniske forsøg for at vise, hvordan daglig topisk anvendelse af de sorte fosfor-nanoflager signifikant reducerede infektionen.

"Dette er spændende, da behandlingen var sammenlignelig med ciprofloxacin-antibiotikumet til at udrydde sårinfektion og resulterede i accelereret heling, med sår, der lukkede med 80 % i løbet af syv dage," sagde Dr. Kopecki.

Dr. Kopecki, som også er en Channel 7 Children's Research Foundation Fellow i Childhood Wound Infections, sagde, at antibiotikabehandlinger bliver knappe.

"Vi har et presserende behov for at udvikle nye alternative ikke-antibiotiske tilgange til at behandle og håndtere sårinfektion," sagde han.

"Sort fosfor ser ud til at have ramt plet, og vi ser frem til at se oversættelsen af ​​denne forskning til klinisk behandling af kroniske sår."

Teamet ønsker at samarbejde med potentielle industripartnere for at udvikle og prototype teknologien.

Flere oplysninger: Emmeline P. Virgo et al., Layered Black Phosphorus Nanoflakes reducerer bakteriel byrde og forbedrer heling af murine inficerede sår, Avanceret terapi (2023). DOI:10.1002/adtp.202300235

Leveret af RMIT University