Onderzoekers hebben een nieuwe superbug-vernietigende coating ontwikkeld die kan worden gebruikt op wondverbanden en implantaten om potentieel dodelijke bacteriële en schimmelinfecties te voorkomen en te behandelen.

Het materiaal is een van de dunste antimicrobiële coatings die tot nu toe zijn ontwikkeld en is effectief tegen een breed scala aan medicijnresistente bacteriën en schimmelcellen, terwijl de menselijke cellen ongedeerd blijven.

Antibioticaresistentie is een grote wereldwijde bedreiging voor de gezondheid, waardoor minstens 700, 000 doden per jaar. Zonder de ontwikkeling van nieuwe antibacteriële therapieën, het dodental kan tegen 2050 oplopen tot 10 miljoen mensen per jaar, wat neerkomt op $ 100 biljoen aan kosten voor de gezondheidszorg.

Hoewel de gezondheidslast van schimmelinfecties minder wordt erkend, wereldwijd doden ze elk jaar ongeveer 1,5 miljoen mensen en het dodental groeit. Een opkomende bedreiging voor gehospitaliseerde COVID-19-patiënten is bijvoorbeeld de gewone schimmel, Aspergillus, die dodelijke secundaire infecties kunnen veroorzaken.

De nieuwe coating van een team onder leiding van RMIT University is gebaseerd op een ultradun 2D-materiaal dat tot nu toe vooral interessant was voor de volgende generatie elektronica.

Studies over zwarte fosfor (BP) hebben aangetoond dat het enkele antibacteriële en schimmelwerende eigenschappen heeft, maar het materiaal is nooit methodisch onderzocht op mogelijk klinisch gebruik.

Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift van de American Chemical Society Toegepaste materialen en interfaces , onthult dat BP effectief is in het doden van microben wanneer het wordt verspreid in nanodunne lagen op oppervlakken zoals titanium en katoen, gebruikt om implantaten en wondverbanden te maken.

Co-hoofdonderzoeker Dr. Aaron Elbourne zei dat het vinden van één materiaal dat zowel bacteriële als schimmelinfecties kon voorkomen, een belangrijke stap vooruit was.

"Deze ziekteverwekkers zijn verantwoordelijk voor enorme gezondheidslasten en naarmate de resistentie tegen geneesmiddelen blijft groeien, ons vermogen om deze infecties te behandelen wordt steeds moeilijker, "Elbourne, een postdoctoraal onderzoeker aan de School of Science van RMIT, zei.

"We hebben slimme nieuwe wapens nodig voor de oorlog tegen superbugs, die niet bijdragen aan het probleem van antimicrobiële resistentie.

"Onze nanodunne coating is een dubbele insectendoder die werkt door bacteriën en schimmelcellen uit elkaar te scheuren, iets waar microben moeite mee hebben om zich aan te passen. Het zou miljoenen jaren duren om op natuurlijke wijze nieuwe verdedigingen te ontwikkelen voor zo'n dodelijke fysieke aanval.

"Hoewel we verder onderzoek nodig hebben om deze technologie in klinische omgevingen toe te kunnen passen, het is een opwindende nieuwe richting in de zoektocht naar effectievere manieren om deze serieuze gezondheidsuitdaging aan te pakken."

Co-hoofdonderzoeker Universitair hoofddocent Sumeet Walia, van RMIT's School of Engineering, heeft eerder baanbrekende studies geleid met behulp van BP voor kunstmatige intelligentietechnologie en elektronica die de hersenen nabootst.

"BP breekt af in aanwezigheid van zuurstof, wat normaal gesproken een enorm probleem is voor elektronica en iets dat we moesten overwinnen met nauwgezette precisie-engineering om onze technologieën te ontwikkelen, ' zei Walia.

"Maar het blijkt dat materialen die gemakkelijk afbreken met zuurstof ideaal kunnen zijn voor het doden van microben - het is precies waar de wetenschappers die aan antimicrobiële technologieën werkten naar op zoek waren.

"Dus ons probleem was hun oplossing."

Hoe de nanodunne insectenverdelger werkt

Als BP kapot gaat, het oxideert het oppervlak van bacteriën en schimmelcellen. Dit proces, bekend als cellulaire oxidatie, uiteindelijk werkt om ze uit elkaar te scheuren.

In de nieuwe studie eerste auteur en Ph.D. onderzoeker Zo Shaw testte de effectiviteit van nanodunne lagen van BP tegen vijf veelvoorkomende bacteriestammen, waaronder E. coli en geneesmiddelresistente MRSA, evenals vijf soorten schimmels, waaronder Candida auris.

In slechts twee uur, tot 99% van de bacteriële en schimmelcellen werden vernietigd.

belangrijk, de BP begon in die tijd ook zichzelf af te breken en was binnen 24 uur volledig uiteengevallen - een belangrijk kenmerk dat aantoont dat het materiaal zich niet in het lichaam zou ophopen.

De laboratoriumstudie identificeerde de optimale niveaus van BP die een dodelijk antimicrobieel effect hebben terwijl de menselijke cellen gezond en heel blijven.

De onderzoekers zijn nu begonnen te experimenteren met verschillende formuleringen om de werkzaamheid te testen op een reeks medisch relevante oppervlakken.

Het team wil graag samenwerken met potentiële industriële partners om de technologie verder te ontwikkelen, waarvoor een voorlopige octrooiaanvraag is ingediend.