Voedselwetenschappers van de Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) heeft een antibacterieel gelverband gemaakt met de afgedankte kaf van het populaire tropische fruit, durian.

Bekend als de "King of Fruits" in Zuidoost-Azië, de doerian heeft een dikke schil met stekelige doornen die wordt weggegooid, terwijl het zoete vruchtvlees dat de zaden aan de binnenkant omringt, als een delicatesse wordt beschouwd.

Door hoogwaardige cellulose te extraheren uit de durian-schillen en deze te combineren met glycerol - een afvalbijproduct van de biodiesel- en zeepindustrie - creëerden NTU-wetenschappers een zachte gel, vergelijkbaar met siliconenplaten, die in verbanden van verschillende vormen en maten kunnen worden gesneden.

Vervolgens voegden ze de organische moleculen toe die werden geproduceerd uit bakkersgist, bekend als natuurlijke gistfenolen, waardoor het verband dodelijk is voor bacteriën.

Ontwikkeld door professor William Chen, de directeur van NTU's Food Science and Technology Programme, de innovatie is onlangs gepubliceerd in ACS Sustainable Chemistry &Engineering, een peer-reviewed tijdschrift van de American Chemistry Society.

Conventionele hydrogelpleisters zijn algemeen verkrijgbaar bij apotheken, meestal gebruikt om wonden van operaties te bedekken om de vorming van overmatig littekenweefsel te minimaliseren, wat resulteert in een zachter en platter litteken. De pleister houdt de huid gehydrateerd in plaats van uit te drogen wanneer conventionele pleisters of gaasverbanden worden gebruikt.

Prof Chen zei dat conventionele hydrogelpleisters op de markt zijn gemaakt van synthetische materialen zoals polymeren zoals polymethacrylaat en polyvinylpyrrolidine. Degenen met antimicrobiële eigenschappen gebruiken ook metaalverbindingen zoals zilver- of koperionen. Dergelijke synthetische materialen die zijn goedgekeurd voor gebruik in biomedische toepassingen zijn duurder in vergelijking met de nieuwe hydrogel gemaakt van natuurlijke afvalstoffen.

"Met de groeiende dreiging van antibioticaresistente superbacteriën, de wereld zal meerdere alternatieve manieren nodig hebben om infecties te voorkomen. Een effectieve manier om open wonden te beschermen is met antimicrobiële zwachtels die biocompatibel zijn en veilig voor langdurig gebruik door mensen. Dit is vooral belangrijk voor diabetespatiënten die lijden aan chronische wonden, " verklaarde Prof Chen, de Michael Fam Chair Professor in Food Science and Technology aan de School of Chemical and Biomedical Engineering.

"Door afvalproducten te gebruiken die momenteel in grote hoeveelheden worden weggegooid - durian kaf en glycerol - kunnen we afval omzetten in een waardevolle biomedische hulpbron die het snelle herstel van wonden kan verbeteren en de kans op infecties kan verkleinen.

Met de schil die 60 procent van de doerian omvat, wordt het meestal weggegooid en verbrand, een milieuprobleem stellen. In Singapore, het werd gemeld door Straits Times dat 14, In 2017 werd 300 ton durian (naar schatting 10 miljoen durians) geïmporteerd en geconsumeerd.

Omdat het niet giftig en biologisch afbreekbaar is, de organische gelzwachtel zal naar verwachting ook een kleinere ecologische voetafdruk hebben dan conventionele synthetische zwachtels.

Het geven van een onafhankelijk commentaar op deze innovatie, Universitair hoofddocent Andrew Tan, Vice-decaan (faculteit) van NTU's Lee Kong Chian School of Medicine, die een expert is in stofwisselingsstoornissen, zei dat er nu bestaande natuurlijke en synthetische hydrogels op de markt zijn, waar hun nut bij de genezing van sommige soorten wonden goed wordt erkend.

"Hydrogelverbanden staan ​​bekend om hun niet-toxiciteit, vermogen om het wondbed te rehydrateren, en kan autolytisch debridement vergemakkelijken (waarbij de lichaamsenzymen en natuurlijke vloeistoffen werken om slecht weefsel te verzachten en te verwijderen). Het innovatieve en unieke deel van het huidige werk van Prof Chen is het upcyclen van de durianschil om cellulose te verkrijgen. Het is ook vrij uniek aangezien de doornen van de doerian pijn kunnen doen, maar de materialen van de schil kunnen genezen, "Asoc Prof Tan zei.

Waarom antimicrobiële wondverbanden nodig zijn

Wonden die verband houden met chronische ziekten zullen naar verwachting een vaker voorkomende gezondheidslast worden, waar bacteriële infectie van huidwonden een ernstig risico vormt. De markt voor wondverzorging wordt geschat op 11,4 miljard dollar per jaar, volgens een artikel gepubliceerd in het European Polymer Journal (A. Gupta et al, 2019).

Het klinische voordeel van het nieuwe hydrogelverband is dat de ingebedde natuurlijke gistfenolen de groei van bacteriën zoals Gram-negatieve E. coli en Gram-positieve S. aureus helpen voorkomen. en de daaropvolgende vorming van biofilms (een slijmlaag die kan leiden tot antimicrobiële resistentie binnen een bacteriekolonie).

Als proof-of-concept, de antimicrobiële hydrogels werden getest als wondverband op de huid van dieren en vertoonden goede antimicrobiële effecten tot 48 uur lang.

Het nieuwe proof-of-concept hydrogelverband wordt aangebracht door het eenvoudig over de wond te leggen, net als bij bestaande in de handel verkrijgbare siliconengelvellen voor wondverband, de huidige gouden standaard die wordt gebruikt na cosmetische ingrepen om littekens te verminderen.

Andere toepassingen van hydrogels

Organische hydrogels zijn ook nuttig voor draagbare, flexibele en rekbare elektronica, die Prof Chen had aangetoond in een paper uit 2019 gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Draagbare elektronica kan bestaan ​​uit kleine sensoren die hartslag en fysieke activiteiten kunnen detecteren, net als de huidige slimme bands. Ze zouden gezondheidswerkers kunnen helpen bij het bewaken van de gezondheid van ouderen in afgelegen gemeenschappen.

Om het gebruik van organische hydrogels in flexibele elektronica te demonstreren, een prototype hydrogel die elektrische signalen kon geleiden werd gemaakt met cellulose verkregen uit Okara - het afval dat overblijft van sojabonenpulp tijdens het maken van sojamelk.

"Zoals blijkt uit veel van onze onderzoekspapers, fundamenteel onderzoek in voedingswetenschap en -technologie heeft veel meer interdisciplinaire toepassingen in andere industrieën, zoals gezondheidszorg, biomedische toepassingen en speciale chemicaliën, "Prof Chen toegevoegd.

"Onze innovatie is in lijn met het strategisch plan NTU 2025, waar onderzoek en innovatie de belangrijkste pijlers zijn bij het aanpakken van enkele van de grootste uitdagingen van de mensheid. Door een waste-to-resource-benadering en het gebruik van groene productietechnieken, we hebben aangetoond dat het mogelijk is om het verbruik van de natuurlijke hulpbronnen van de aarde te verminderen, hergebruiken wat als afval werd beschouwd, en recycle ze tot waardevolle producten die nuttig zijn voor de mensheid."

Het team van vier NTU-onderzoekers heeft twee jaar nodig gehad om hun bevindingen te onderzoeken en te publiceren en is nu op zoek naar industriële partners die hun antibacteriële gelverband op de markt willen brengen.