Onderzoekers van de North Carolina State University hebben ontdekt dat een elastisch polymeer breedspectrum antimicrobiële eigenschappen bezit, waardoor het een reeks virussen en medicijnresistente bacteriën in slechts enkele minuten kan doden, waaronder methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA).

"We waren een andere benadering aan het onderzoeken voor het maken van antimicrobiële materialen toen we interessant gedrag van dit polymeer observeerden en besloten om het potentieel ervan dieper te onderzoeken, " zegt Rijke Spontak, co-corresponderende auteur van een paper over het werk en Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering bij NC State. "En wat we hebben gevonden is zeer veelbelovend als alternatief wapen voor bestaande materiaalgerelateerde benaderingen in de strijd tegen resistente pathogenen. Dit kan met name nuttig zijn in klinische omgevingen, zoals ziekenhuizen of dokterspraktijken, evenals in bejaardentehuizen. , waar de overdracht van pathogenen ernstige gevolgen kan hebben."

De antimicrobiële eigenschappen van het polymeer komen voort uit de unieke moleculaire architectuur, die water aantrekt naar een reeks herhalende eenheden die chemisch zijn gemodificeerd (of gefunctionaliseerd) met sulfonzuurgroepen.

"Als microben in contact komen met het polymeer, water op het oppervlak van de microben interageert met de functionele sulfonzuurgroepen in het polymeer, waardoor een zure oplossing ontstaat die de bacteriën snel doodt, " zegt Reza Ghiladi, een universitair hoofddocent scheikunde bij NC State en co-corresponderende auteur van het papier. "Deze zure oplossingen kunnen meer of minder krachtig worden gemaakt door het aantal functionele sulfonzuurgroepen in het polymeer te regelen."

De onderzoekers testten het polymeer tegen zes soorten bacteriën, waaronder drie antibioticaresistente stammen:MRSA, vancomycine-resistente Enterococcus faecium, en carbapenem-resistente Acinetobacter baumannii. Wanneer 40% of meer van de relevante polymeereenheden sulfonzuurgroepen bevatten, het polymeer doodde 99,9999% van elke bacteriestam binnen vijf minuten.

De onderzoekers testten het polymeer ook tegen drie virussen:een analoog virus voor hondsdolheid, een stam van influenza en een stam van humaan adenovirus.

"Het polymeer was in staat om de griep en de rabiës-analoog binnen vijf minuten volledig te vernietigen, " zegt Frank Scholle, een universitair hoofddocent biologische wetenschappen bij NC State en co-auteur van het papier. "Terwijl het polymeer met lagere concentraties van de sulfonzuurgroepen geen praktisch effect had tegen humaan adenovirus, het zou 99,997% van dat virus kunnen vernietigen bij hogere sulfonzuurniveaus."

Een zorg van de onderzoekers was dat het antimicrobiële effect van het polymeer in de loop van de tijd geleidelijk zou kunnen verslechteren, aangezien sulfonzuurgroepen werden geneutraliseerd wanneer ze in wisselwerking stonden met positief geladen ionen (kationen) in water. Echter, ze ontdekten dat het polymeer volledig "opgeladen" kon worden door het bloot te stellen aan een zure oplossing.

"In laboratoriumomgevingen, je zou dit kunnen doen door het polymeer in een sterk zuur te dompelen, ' zegt Ghiladi. 'Maar in andere omgevingen, zoals een ziekenhuiskamer, kun je het polymeeroppervlak gewoon met azijn besproeien.'

Dit "oplaadproces" werkt omdat elke keer dat een van de negatief geladen sulfonzuurgroepen zich combineert met een kation in water - wat kan gebeuren wanneer het polymeer in contact komt met microben - de sulfonzuurgroep elektrisch neutraal wordt. Dat maakt de zuurgroep onwerkzaam tegen microben. Maar wanneer het geneutraliseerde polymeer wordt blootgesteld aan zuur, die functionele groepen kunnen gebonden kationen uitwisselen met protonen van het zuur, waardoor de sulfonzuurgroepen weer actief worden - en klaar om microbiële ziekteverwekkers te doden.

"Het werk dat we hier hebben gedaan, benadrukt een veelbelovende nieuwe benadering voor het creëren van antimicrobiële oppervlakken voor gebruik in de strijd tegen medicijnresistente pathogenen - en in het bijzonder ziekenhuisinfecties, ' zegt Ghiladi.

"Functionele blokpolymeren zoals deze zijn zeer veelzijdig inzetbaar als waterbehandelingsmedia, zachte actuatoren, zonnecellen en gasscheidingsmembranen - en milieuvriendelijk omdat ze gemakkelijk kunnen worden gerecycled en hergebruikt, " voegt Spontak toe. "Deze eigenschappen maken ze bijzonder aantrekkelijk voor wijdverbreid gebruik.

"En dit werk concentreerde zich op slechts één polymeerserie vervaardigd door Kraton Polymers, " Zegt Spontak. "We willen heel graag zien hoe we deze en andere polymeren verder kunnen wijzigen om zulke effectieve en snelwerkende antimicrobiële eigenschappen te behouden en tegelijkertijd andere eigenschappen te verbeteren die aantrekkelijk zouden zijn voor andere toepassingen."

De krant, "Inherent zelfsteriliserende geladen multiblokpolymeren die medicijnresistente microben in minuten doden, " verschijnt in het journaal Materialen Horizons .