Wetenschappers van James Cook University hebben een techniek ontdekt om natuurlijke plantenextracten zoals Tea Tree Oil toe te passen als coating voor medische hulpmiddelen, een proces dat jaarlijks miljoenen infecties zou kunnen voorkomen.

Professor Mohan Jacob, Hoofd Electrical and Electronics Engineering bij JCU, leidt een team dat het probleem onderzoekt. Hij zei dat er een toenemend aantal ongeplande operaties wordt uitgevoerd om infecties te bestrijden - meestal veroorzaakt door bacteriële activiteit op medische apparaten en een daaropvolgende 'biofilm' die zich daarop vormt.

"Alleen in de VS, jaarlijks worden ongeveer 17 miljoen nieuwe biofilm-gerelateerde infecties gemeld, wat leidt tot ongeveer 550, 000 doden per jaar. Er wordt gedacht dat ongeveer 80% van de wereldwijde operatie-geassocieerde infecties verband kunnen houden met biofilmvorming, " hij zei.

Professor Jacob zei dat het team plantaardige producten - bekend als Plant Secondary Metabolites (PSM's) - heeft omgezet in polymeercoatings voor medische apparaten, inclusief implantaten.

"Ze zijn afgeleid van zaken als essentiële oliën en kruidenextracten en ze hebben relatief krachtige antibacteriële activiteiten met een breed spectrum. PSM's zijn een goedkope hernieuwbare hulpbron die in commerciële hoeveelheden verkrijgbaar is, met beperkte toxiciteit, en mogelijk, andere mechanismen om bacteriën te bestrijden dan synthetische antibiotica."

Professor Jacob zei dat het onderzoek van de groep het hardnekkige probleem aanpakte van hoe de plantenextracten van een vloeistof in een vaste toestand kunnen worden omgezet als coating voor medische apparaten, zonder noemenswaardig verlies van effectiviteit.

Dr. Katia Bazaka is een Adjunct Senior Research Fellow en teamlid. "We gebruikten plasma-versterkte technieken in een reactor die de etherische oliedampen bevat. Wanneer de dampen worden blootgesteld aan een glimontlading, ze worden getransformeerd en zetten zich af op het oppervlak van een implantaat als een vaste biologisch actieve coating. Deze hebben goede antibacteriële eigenschappen getoond, " ze zei.

"Het belangrijkste voordeel van deze aanpak is dat we geen andere chemicaliën gebruiken, zoals oplosmiddelen, tijdens het fabricageproces. Als zodanig, er is geen gevaar dat potentieel schadelijke chemicaliën in de coating achterblijven of dat ze het oppervlak van het materiaal waarop de coating wordt aangebracht beschadigen. Het maakt het fabricageproces ook milieuvriendelijker, " zei dr. Bazaka.

Professor Jacob zei dat de JCU-groep momenteel de wereldwijde pioniers is in de ontwikkeling van van planten afgeleide dunne polymeerfilms, met meer dan 70 onderzoeksartikelen en zes Ph.D. scripties in het veld.

Professor Ian Atkinson, Directeur van de eResearch-eenheid van JCU en een medewerker van het project, zei dat het werk onlangs was uitgebreid naar mariene organismen, om de groei van biofilms op aquatische sensoren en het daaropvolgende falen ervan te voorkomen.

"Een ander aantrekkelijk kenmerk van deze coatings is hun optische transparantie, wat heel belangrijk kan zijn als u ze gebruikt om contactlenzen te coaten, of optische vensters in watersensoren, " hij zei.

Professor Jacob en zijn Ph.D. studenten werken nu samen met dr. Peter Mulvey en universitair hoofddocent Jeff Warner aan het op het JCU gevestigde Australian Institute of Tropical Health and Medicine om de activiteit van verschillende soorten bacteriën op de plantaardige coatings te bestuderen.

Achtergrond

Hoewel synthetische antibiotica sinds de komst van penicilline het beste wapen zijn geweest om microbiële infecties uit te roeien, het overmatig gebruik van deze medicijnen maakt ze geleidelijk ondoeltreffend. Wetenschappers denken dat als er niet snel nieuwe strategieën worden ontwikkeld, medische behandelingen kunnen zich terugtrekken in het tijdperk waarin lichte verwondingen en veelvoorkomende infecties zich ontwikkelen tot ernstige medische problemen.

De meeste planten produceren organische moleculen als antimicrobiële middelen om schadelijke micro-organismen te bestrijden. In de afgelopen decennia is vooruitgang in de synthese van materialen op nanoschaal, in het bijzonder plasma-geassisteerde fabricage, heeft de middelen verschaft om de antimicrobiële activiteiten van secundaire plantenmetabolieten in bioactieve coatings te behouden.

Hoewel het JCU-team veel natuurlijke voorlopers heeft onderzocht, hun belangrijkste focus lag op de Australische essentiële olie, Tea Tree Oil (Melaleuca alternifolia) en zijn componenten. Als onderdeel van een Ph.D. projecteren, Dr. Katia Bazaka ontwikkelde antibacteriële coatings van terpeen-4-ol, wat een belangrijk onderdeel is van Tea Tree Oil.