science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Selenium onderdrukt stafylokok op implantaatmateriaal

Qi Wang wervelt een oplossing van selenium-nanodeeltjes in het laboratorium. Coatings van de nanodeeltjes lijken effectief in het bestrijden van stafylokokbacteriën in materialen voor medische hulpmiddelen, volgens een nieuwe studie. Krediet:Webster Lab/Brown University

Selenium is een goedkoop element dat van nature in het lichaam thuishoort. Het is ook bekend om bacteriën te bestrijden. Nog altijd, het was niet uitgeprobeerd als een antibiotische coating op materiaal van een medisch hulpmiddel. In een nieuwe studie, Ingenieurs van de Brown University melden dat toen ze selenium-nanodeeltjes gebruikten om polycarbonaat te coaten, het materiaal van katheters en endotracheale buizen, de resultaten waren significante reducties in gekweekte populaties van Staphylococcus aureus bacteriën, soms met wel 90 procent.

"We willen voorkomen dat de bacteriën een biofilm genereren, " zei Thomas Webster, hoogleraar techniek en orthopedie, die onderzoekt hoe nanotechnologie medische implantaten kan verbeteren. Hij is de senior auteur van het artikel, deze week online gepubliceerd in de Journal of Biomedical Materials Research A .

Biofilms zijn notoir moeilijk te behandelen bacteriekolonies omdat ze vaak bestand zijn tegen antibiotica.

"Hoe langer we de vorming van deze kolonies kunnen vertragen of volledig remmen, hoe groter de kans dat uw immuunsysteem ze opruimt, "Zei Webster. "Door er selenium op te zetten, zou er meer tijd kunnen worden gewonnen om een ​​endotracheale tube bij een patiënt te houden."

In de tussentijd, Webster zei, omdat selenium eigenlijk een aanbevolen voedingsstof is, het zou onschadelijk moeten zijn in het lichaam bij de concentraties die in de coatings worden gevonden. Ook, het is veel goedkoper dan zilver, een minder biocompatibel materiaal dat de huidige stand van de techniek is voor antibacteriële coatings voor medische hulpmiddelen.

Webster doet al jaren onderzoek naar selenium nanodeeltjes, vooral vanwege hun mogelijke antikankereffecten. Toen hij naar hun antibiotische eigenschappen begon te kijken, hij overlegde met kinderarts Keiko Tarquinio van het Hasbro Kinderziekenhuis, assistent-professor kindergeneeskunde, die graag manieren heeft gevonden om biofilms op implantaten te verminderen.

Selenium studeren

Voor deze studie is Webster en eerste auteur Qi Wang kweekte selenium-nanodeeltjes van twee verschillende groottebereiken en gebruikte vervolgens oplossingen daarvan om stukjes polycarbonaat te coaten met een snelle, eenvoudig proces. Op een deel van het polycarbonaat, vervolgens brachten ze tape aan en scheurden ze er niet alleen af ​​om de duurzaamheid van de coatings te testen, maar ook om te zien hoe een afgebroken concentratie selenium zou werken tegen bacteriën.

Op gecoat polycarbonaat - zowel de oorspronkelijk gecoate als de met tape geteste stukken - gebruikten Wang en Webster elektronen- en atoomkrachtmicroscopen om de concentratie van nanodeeltjes te meten en hoeveel oppervlakte van selenium werd blootgesteld aan interactie met bacteriën.

Een van hun bevindingen was dat na de tapetest, kleinere nanodeeltjes hechtten beter aan het polycarbonaat dan grotere.

Toen waren ze klaar voor de belangrijkste stap:experimenten waarbij gekweekte stafylokokbacteriën werden blootgesteld aan stukjes polycarbonaat, waarvan sommige ongecoat werden gelaten als controles. Onder de gecoate stukken, sommigen hadden de grotere nanodeeltjes en sommigen hadden de kleinere. Sommigen van elk van die groepen waren verslechterd door de tape, en anderen niet.

Alle vier soorten seleniumcoatings bleken effectief in het verminderen van stafylokokpopulaties na 24, 48, en 72 uur vergeleken met de onbeklede controles. De krachtigste effecten - reducties van meer dan 90 procent na 24 uur en maar liefst 85 procent na 72 uur - kwamen van coatings van beide deeltjesgroottebereiken die niet waren aangetast door de tape. Van de coatings die aan de tapetest waren onderworpen, de kleinere coatings van nanodeeltjes bleken effectiever.

Stafylokokpopulaties die werden blootgesteld aan een van de gecoate polycarbonaatstukken bereikten een piek in het tijdsbestek van 48 uur, misschien omdat de bacteriën dan het meeste voordeel kunnen halen uit het in vitro kweekmedium. Maar de niveaus vielen altijd dramatisch terug met 72 uur.

De volgende stap, Webster zei, is om te beginnen met testen op dieren. Dergelijke in vivo experimenten, hij zei, zal de seleniumcoatings testen in een context waar de bacteriën meer beschikbaar voedsel hebben, maar ook een reactie van het immuunsysteem zullen ondergaan.

De resultaten kunnen uiteindelijk commerciële relevantie hebben. Voormalige afgestudeerde studenten ontwikkelden een businessplan voor de coatings van selenium nanodeeltjes terwijl ze op school zaten en hebben sindsdien de technologie van Brown in licentie gegeven voor hun bedrijf, Axena Technologies.