Bacteriële infecties met betrekking tot medische implantaten vormen een enorme belasting voor de gezondheidszorg en veroorzaken wereldwijd veel lijden bij patiënten. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Chalmers University of Technology, Zweden, een nieuwe methode hebben ontwikkeld om dergelijke infecties te voorkomen, door een op grafeen gebaseerd materiaal te bedekken met bacteriedodende moleculen.

"Door ons onderzoek we zijn erin geslaagd in water onoplosbare antibacteriële moleculen aan het grafeen te binden, en de moleculen in een gecontroleerde, continue manier van het materiaal, " zegt Santosh Pandit, onderzoeker bij de afdeling Biologie en Biologische Technologie van Chalmers, en eerste auteur van de studie die onlangs werd gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

"Dit is een essentiële vereiste om de methode te laten werken. De manier waarop we de actieve moleculen aan het grafeen binden is ook heel eenvoudig, en kan gemakkelijk worden geïntegreerd in industriële processen."

Bepaalde bacteriën kunnen ondoordringbare oppervlaktelagen vormen, of 'biofilms, " op chirurgische implantaten, zoals tandheelkundige en andere orthopedische implantaten, en vormen wereldwijd een groot probleem voor de gezondheidszorg. Biofilms zijn resistenter dan andere bacteriën, en de infecties zijn daarom vaak moeilijk te behandelen, leiden tot veel lijden voor patiënten, en in het ergste geval verwijdering of vervanging van de implantaten noodzakelijk maken. Naast de effecten op patiënten, dit brengt grote kosten met zich mee voor zorgverleners.

Grafeen is geschikt als bevestigingsmateriaal

Er zijn verschillende in water onoplosbare, of hydrofoob, geneesmiddelen en moleculen die kunnen worden gebruikt vanwege hun antibacteriële eigenschappen. Maar om ze in het lichaam te kunnen gebruiken, ze moeten aan een materiaal worden bevestigd, die moeilijk en arbeidsintensief kan zijn om te vervaardigen.

"Grafeen biedt hier een groot potentieel voor interactie met hydrofobe moleculen of medicijnen, en toen we ons nieuwe materiaal maakten, we hebben gebruik gemaakt van deze eigenschappen. Het proces van het binden van de antibacteriële moleculen vindt plaats met behulp van ultrageluid, ', zegt Santosh Pandit.

In de studie, het grafeenmateriaal was bedekt met usninezuur, die wordt gewonnen uit korstmossen, bijvoorbeeld fruticose korstmos. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat usninezuur goede bacteriedodende eigenschappen heeft. Het werkt door te voorkomen dat bacteriën nucleïnezuren vormen, vooral remming van RNA-synthese, en zo de eiwitproductie in de cel te blokkeren.

Eenvoudige methode maakt de weg vrij voor toekomstige medicijnen

Usninezuur werd getest op zijn resistentie tegen de pathogene bacteriën Staphylococcus aureus en Staphylococcus epidermidis, twee veelvoorkomende boosdoeners voor biofilmvorming op medische implantaten. Het nieuwe materiaal van de onderzoekers vertoonde een aantal veelbelovende eigenschappen. Naast succesvolle resultaten voor het integreren van het usninezuur in het oppervlak van het grafeenmateriaal, ze zagen ook dat de usninezuurmoleculen op een gecontroleerde en continue manier vrijkwamen, waardoor de vorming van biofilms op het oppervlak wordt voorkomen.

"Nog belangrijker, onze resultaten laten zien dat de methode om de hydrofobe moleculen aan grafeen te binden eenvoudig is. Het maakt de weg vrij voor een effectievere antibacteriële bescherming van biomedische producten in de toekomst. We plannen nu proeven waarbij we de binding van andere hydrofobe moleculen en geneesmiddelen zullen onderzoeken met een nog groter potentieel om verschillende klinische infecties te behandelen of te voorkomen, ', zegt Santosh Pandit.