Materiaalwetenschappers van de MISIS University hebben antibacteriële nanocoatings gepresenteerd met een efficiëntie tot 99,99% tegen microbiële en schimmelpathogenen. Een materiaal op basis van boornitride en ultrafijn gemetalliseerde zilver- of ijzeroxide-nanodeeltjes heeft geen typische negatieve bijwerkingen en kan daarom een ​​veilig alternatief worden voor antibiotica in traumatologie, chirurgie en implantologie. De resultaten van het werk zijn gepubliceerd in het tijdschrift Applied Surface Science .

De geschiedenis van de mensheid is verbonden met de strijd tegen infecties en het probleem is nog steeds acuut. Door een aanzienlijke toename van het aantal chirurgische ingrepen en de opkomst van bacteriën die resistent zijn tegen antibiotica, is het probleem van het onderdrukken van infectie in de vroege stadia bijzonder relevant geworden. Volgens het wetenschappelijke tijdschrift Lancet , stierven in 2019 meer dan een miljoen mensen aan antibioticaresistente bacteriële infecties. Volgens dezelfde publicatie komt sterfte door bacteriële resistentie tegen antibiotica nu op de tweede plaats na beroerte en coronaire hartziekten.

Bovendien proberen wetenschappers over de hele wereld het probleem op te lossen van microbiële infecties die worden veroorzaakt door het plaatsen van implantaten tijdens operaties. Orthopedische en tandheelkundige chirurgie is een bijzonder ernstig probleem. Het is geen geheim dat gelijktijdige medicamenteuze therapie voor ontstekingen rond implantaten vaak leidt tot bijwerkingen vanwege de eigenschappen van antibiotica en hoge doses.

Een groep wetenschappers van NUST MISIS bood in samenwerking met collega's van het State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology een niet-standaard oplossing voor het probleem:een complex drievoudig effect op een infectieus pathogeen:fysieke schade aan het bacteriële membraan, een bacteriedodend effect door het vrijkomen van metaalionen en de synthese van reactieve zuurstofsoorten die pathogenen vernietigen.

"Om het probleem op te lossen, hebben we coatings gesynthetiseerd bestaande uit boornitride-nanodeeltjes, gemodificeerd met ultrafijne metallische zilver- of ijzeroxide-nanodeeltjes. Boornitride-dragers hebben een unieke bolvorm met een oppervlak bedekt met naalden. Aanhangende bacteriën sterven door de fysieke vernietiging van hun celmembraan bij direct contact met het oppervlak. De coatings zelf stoten metaalionen uit, afhankelijk van de concentratie. Onze onderzoeken hebben aangetoond dat ijzeroxide-nanodeeltjes (74 μg/cm ² ) bij een minimale remmende concentratie ) effectief de groei van gramnegatieve E. coli-bacteriën, evenals staphylococcus aureus en streptococcus pneumoniae-bacteriestammen gedurende de eerste drie uur effectief onderdrukken. Coatings met zilver in een minimale concentratie gelijk aan 12 μg/cm inactiveren bacteriën volledig", zegt Christina Gudz, een van de auteurs van de studie, een onderzoeker aan het NUST MISIS Inorganic Nanomaterials Laboratory.

Het bleek dat deze coating 100% van de bestudeerde micro-organismen vernietigt. Bacteriestammen en Candida parapsilosis-schimmel sterven binnen 24 uur na blootstelling. Volgens de onderzoekers kunnen de bolvormige en naaldvormige ("shaggy") nanodeeltjes alleen worden gevormd uit boornitride.

Verbeterde bactericide en fungicide activiteit van de verkregen monsters gaat gepaard met de vorming van een groot aantal reactieve zuurstofsoorten:vrije radicalen beschadigen de membranen van micro-organismen, wat leidt tot hun dood.

De ontwikkelaars benadrukken dat de tests de afwezigheid van cytotoxiciteit van de coating hebben aangetoond, wat betekent dat deze veilig is voor de patiënt, terwijl de werkzame stof effectief is tegen pathogenen. Het belangrijkste verschil in de coating in vergelijking met de analogen zijn de minimale doses bacteriedodende componenten en de volledige afwezigheid van een antibioticumvuller, waardoor resistentie wordt geëlimineerd.

Het team testte de verkregen monsters als coatings voor implantaten. De volgende stap zal zijn om de ontwikkeling te gebruiken als verbandmateriaal in traumatologie en chirurgie. Ze zijn ook van plan om in de toekomst in vitro-onderzoeken uit te voeren, maar nu ligt de prioriteit bij het uitvoeren van onderzoeken naar gevaarlijke stammen van bacteriën en virussen (Vibrio cholerae, COVID-19, enz.). + Verder verkennen

Boornitride-nanofilms zullen antibiotica vervangen voor bescherming tegen bacteriële en schimmelinfecties