Een veelgebruikt ingrediënt in zonnebrandcrème zou een effectieve antibacteriële coating kunnen zijn voor medische implantaten zoals pacemakers en vervangende gewrichten.

Onderzoekers van de Universiteit van Michigan ontdekten dat een coating van zinkoxide-nanopyramiden de groei van methicilline-resistente kan verstoren Staphylococcus aureus (MRSA), vermindering van de film op behandelde materialen met meer dan 95 procent. Jaarlijks worden ongeveer een miljoen geïmplanteerde medische hulpmiddelen geïnfecteerd met MRSA en andere bacteriesoorten.

"Het is buitengewoon moeilijk om deze infecties te behandelen, " zei J. Scott VanEpps, een klinische docent en onderzoeker in de afdeling spoedeisende geneeskunde van de UM Medical School, wiens team de biologische studie leidde.

De behandeling omvat ofwel een lange antibioticakuur, wat kan leiden tot antibioticaresistentie en toxische bijwerkingen, of de implantaten moeten operatief worden vervangen, die vrij uitgebreid kan zijn voor apparaten zoals hartkleppen en prothesegewrichten, aldus VanEpps.

Ideaal, artsen willen in de eerste plaats voorkomen dat de infecties optreden. Een optie is om de apparaten te coaten met iets waar bacteriën niet op kunnen groeien. De nieuwe resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift nanogeneeskunde , suggereren dat een dergelijke coating zou kunnen worden gemaakt van nanodeeltjes van zinkoxide - een ingrediënt voor zonnebrandcrème en luieruitslagcrème dat de lotion dikker en relatief ondoorzichtig maakt.

Als de nanodeeltjes de vorm hebben van een piramide met een zeshoekige basis, ze zijn zeer effectief in het voorkomen dat een enzym, bèta-galactosidase genaamd, lactose afbreekt in de kleinere suikers glucose en galactose, die de bacteriën gebruiken als brandstof.

Vorm is belangrijk, zowel voor het enzym als voor de nanodeeltjes. Het enzym moet kunnen draaien om de lactose in de kleinere suikers te snijden. Twee aminozuren, of eiwitbouwstenen, zitten tegenover elkaar over een groef in het enzym. De lactose past in de groef, en de aminozuren komen samen om het uiteenvallen in glucose en galactose te katalyseren.

"Hoewel er meer studies moeten worden uitgevoerd, we geloven dat zinkoxide-nanopiramides deze draaiende beweging verstoren, " zei Nicholas Kotov, de Joseph B. en Florence V. Cejka hoogleraar chemische technologie, wiens groep de nanodeeltjes heeft gemaakt.

Het onderzoek van het team suggereert dat een deel van het nanodeeltje - een rand of het punt - zichzelf in de groef steekt. Door slechts één van de vier groeven te verstoppen, de nanodeeltjes kunnen het hele enzym uitschakelen door de draaiende actie te voorkomen.

Om het concept van een antibacteriële coating te verkennen, De groep van Kotov bedekte enkele pinnen met de nanopiramides en vervolgens stopte het team van VanEpps ze in een stof waardoor bacteriën konden groeien. Ze evalueerden vier soorten bacteriën op gecoate en niet-gecoate haringen - twee stafylokokkensoorten (inclusief MRSA), een soort die longontsteking veroorzaakt en E coli .

Na 24 uur groei, het aantal levensvatbare stafylokokkencellen teruggewonnen uit de beklede pinnen was 95 procent minder dan die van de niet-beklede pinnen. De longontsteking en E coli soorten waren minder gevoelig voor de nanodeeltjes.

"Hoewel de coating niet in staat was om alle stafylokokkencellen volledig uit te roeien, deze dramatische vermindering zou antibioticabehandelingen waarschijnlijk mogelijk maken om te slagen of gewoon het menselijke immuunsysteem het over te laten nemen zonder de noodzaak van antibiotica, ', zegt VanEpps.

Staph, inclusief MRSA, is bijzonder kwetsbaar voor de nanopiramides omdat de celwand een matrix van eiwitten en suikers is. Het team vermoedt dat toen de MRSA de haringen probeerde te koloniseren, de nanopiramides binden zich aan de enzymen die de celwand bouwen. Omdat de enzymen de celwand niet in stand konden houden, de cellen gingen kapot.

Als dit inderdaad is hoe de nanopiramiden werken, dan zou de coating geen probleem moeten zijn voor menselijke cellen, waarvan de membraanbehuizingen niet dezelfde kwetsbaarheden hebben. Het kan ook verklaren waarom de coating lang niet zo effectief is op E coli , die zijn celwandenzymen niet op zijn mouw draagt.

Er staan ​​veel hindernissen tussen de coating van nanodeeltjes en klinisch gebruik bij patiënten. De onderzoekers moeten uitzoeken hoe een dergelijke coating menselijke cellen in de buurt van het implantaat zou beïnvloeden en onderzoeken hoe de nanopiramides andere enzymen bij mensen en bacteriën beïnvloeden.

"De sterke antibacteriële activiteit tegen MRSA en andere pathogenen is een opwindende bevinding, " zei Kotov. "We willen de mechanismen van de antibacteriële functie beter begrijpen om de remmende activiteit ervan te verfijnen en de structurele overeenkomsten tussen enzymen te identificeren die piramidale nanodeeltjes kunnen remmen."