de bacterie Staphylococcus aureus ( S. aureus ) is een veelvoorkomende bron van infecties die optreden na operaties met prothesegewrichten en kunstmatige hartkleppen. Het druifvormige micro-organisme hecht zich aan medische apparatuur, en als het in het lichaam komt, het kan een ernstige en zelfs levensbedreigende ziekte veroorzaken, een stafylokokbesmetting genoemd. De recente ontdekking van resistente stammen van S. aureus maakt de zaak nog erger.

Een stafylokok infectie kan niet beginnen tenzij Stafylokokken cellen hechten zich eerst aan een oppervlak, echter, daarom werken wetenschappers hard aan het onderzoeken van bacterieresistente materialen als verdedigingslinie.

Dit onderzoek is nu op nanoschaal gegaan, dankzij een team van onderzoekers onder leiding van Berkeley Lab-wetenschappers. Ze onderzochten, Voor de eerste keer, hoe individueel? S. aureus cellen klonteren op metalen nanostructuren van verschillende vormen en afmetingen die niet veel groter zijn dan de cellen zelf.

Ze ontdekten dat bacteriële hechting en overlevingspercentages variëren afhankelijk van de vorm van de nanostructuur. Hun werk zou kunnen leiden tot een meer genuanceerd begrip van wat een oppervlak minder uitnodigend maakt voor bacteriën.

"Door de voorkeuren van bacteriën tijdens adhesie te begrijpen, medische implantaten kunnen zo worden gemaakt dat ze oppervlaktekenmerken bevatten die immuun zijn voor hechting van bacteriën, zonder de eis van enige chemische modificatie, " zegt Mohammed Mofrad, een faculteitswetenschapper in de Physical Biosciences Division van Berkeley Lab en een professor in Bioengineering and Mechanical Engineering aan UC Berkeley.

Mofrad voerde het onderzoek uit met Zeinab Jahed van de Physical Biosciences Division, de hoofdauteur van de studie en een afgestudeerde student in Mofrad's UC Berkeley Molecular Cell Biomechanics Laboratory, in samenwerking met wetenschappers van de Canadese Universiteit van Waterloo.

Hun onderzoek is onlangs online gepubliceerd in het tijdschrift Biomaterialen .

De wetenschappers gebruikten eerst lithografische en galvaniseertechnieken met elektronenstralen om nikkelnanostructuren van verschillende vormen te fabriceren, inclusief stevige pilaren, uitgeholde pilaren, c-vormige pilaren, en x-vormige kolommen. Deze kenmerken hebben een buitendiameter van slechts 220 nanometer. Ze creëerden ook paddestoelvormige nanostructuren met kleine stengels en grote uitsteeksels.

zij introduceerden S. aureus cellen naar deze structuren, gaf de cellen de tijd om te plakken, en spoelde vervolgens de structuren met gedeïoniseerd water om alle behalve de meest stevig gebonden bacteriën te verwijderen.

Scanning-elektronenmicroscopie onthulde welke vormen het meest effectief zijn in het remmen van bacteriële adhesie. De wetenschappers observeerden hogere overlevingspercentages van bacteriën op de buisvormige pilaren, waar individuele cellen gedeeltelijk in de gaten waren ingebed. In tegenstelling tot, pilaren zonder gaten hadden de laagste overlevingskansen.

De wetenschappers ontdekten ook dat S. aureus cellen kunnen hechten aan een breed scala aan oppervlakken. De cellen hechten niet alleen aan horizontale oppervlakken, zoals verwacht, maar voor sterk gebogen functies, zoals de zijwanden van pilaren. De cellen kunnen ook hangen aan de uitsteeksels van paddestoelvormige nanostructuren.

"De bacteriën lijken de nanotopografie van het oppervlak te voelen en vormen sterkere verklevingen op specifieke nanostructuren, "zegt Jaed.