(Phys.org) — Geïnspireerd door de vleugelstructuur van een kleine vlieg, een door NPL geleid onderzoeksteam ontwikkelde oppervlakken met nanopatronen die bestand zijn tegen bacteriële hechting en tegelijkertijd de groei van menselijke cellen ondersteunen.

De verspreiding van antimicrobiële resistentie met de opkomst van 'super-bugs' die zelfs weerstand bieden aan antibiotica als 'laatste redmiddel', heeft de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) ertoe aangezet om het probleem van een ongewenst post-antibioticumtijdperk formeel aan te pakken.

Antibiotica zijn chemicaliën die selectief giftig zijn voor bacteriën. Resistente bacteriën kunnen antibiotica afbreken om ze minder toxisch te maken of de plaatsen waaraan ze binden veranderen om de antibacteriële werking af te leiden. In dit licht, het wordt duidelijk dat het bereiken van een subtiel evenwicht tussen antibiotica en infecties een lange en misschien nooit eindigende reis is die het zoeken naar alternatieve benaderingen noodzakelijk maakt.

Transplantatie geneeskunde, wondgenezing en transplantaatchirurgie stellen bijzonder strenge eisen aan infectievrije cel- en weefselgroei. bemoedigend, benaderingen ter ondersteuning hiervan zijn niet beperkt tot het gebruik van antibiotica. Een opmerkelijke oplossing wordt geboden door een onwaarschijnlijke bron - de cicade.

De vleugels van deze kleine vlieg vertonen bacteriedodende pilaarstructuren op nanoschaal. Elk van deze pilaren is een snoek met een diameter van enkele tientallen nanometers en wordt op regelmatige nanometerafstanden van andere snoeken gescheiden. Dicht opeengepakt op de vleugeloppervlakken, deze pilaren rangschikken zich in nanopatronen die bij contact de membranen van bacteriële cellen doorboren, bacteriën uit elkaar scheuren.

Geïnspireerd door dit voorbeeld, een onderzoeksteam van NPL en de School of Oral and Dental Sciences van de Universiteit van Bristol ontwikkelde biocompatibele oppervlakken met nanodraadarrays. Elk van deze nanodraden, op een vergelijkbare manier als de nanopilaren van de cicade, fungeert als een kleine speer die bacteriële cellen doorboort en hun lekkage en dood veroorzaakt. Opmerkelijk, echter, en in tegenstelling tot cicadevleugels, deze substraten zijn ook in staat om menselijke cellen te begeleiden om te groeien en zich te vermenigvuldigen.

Ting Diu, een promovendus die aan het project heeft meegewerkt, gepubliceerd in NPG's Wetenschappelijke rapporten deze maand, zei:"Biocompatibele materialen missen oppervlakteaanwijzingen die cellen op een specifieke manier kunnen leiden. De oppervlakken die we hebben ontworpen, fungeren als zelfontsmettende schilden die menselijke cellen kunnen sorteren, die ze ondersteunen, van bacteriën, waar ze zich tegen verzetten. Vanwege deze eigenschappen kan onze grondgedachte worden aangepast voor een verscheidenheid aan biomedische implantaten, aangroeiwerende oppervlakken of biosensoren."

Het geïntroduceerde concept is veelbelovend voor klinisch relevante materialen door een fysieke reden te bieden voor antimicrobiële werking. In schril contrast met de biochemische mechanismen van antibiotica, die onderhevig zijn aan verworven weerstand, fysieke mechanismen zijn niet-specifiek, en kan niet worden teruggedraaid of gewijzigd, bacteriële cellen als geheel aanpakken.