Onderzoekers hebben een nanodun materiaal uitgevonden om superbacteriën te doden dat op een dag zou kunnen worden geïntegreerd in wondverbanden en implantaten om bacteriële infecties te voorkomen of te genezen.

De innovatie, die geavanceerde preklinische onderzoeken heeft ondergaan, is effectief tegen een breed scala aan medicijnresistente bacteriële cellen, waaronder 'gouden stafylokok', die gewoonlijk superbacteriën worden genoemd.

Antibioticaresistentie is een grote mondiale bedreiging voor de volksgezondheid en veroorzaakt jaarlijks ongeveer 700.000 sterfgevallen, een cijfer dat tegen 2050 zou kunnen oplopen tot 10 miljoen sterfgevallen per jaar zonder de ontwikkeling van nieuwe antibacteriële therapieën.

De nieuwe studie onder leiding van RMIT University en de University of South Australia (UniSA) testte op zwarte fosfor gebaseerde nanotechnologie als een geavanceerde behandeling voor infecties en wondgenezing.

Resultaten gepubliceerd in Advanced Therapeutics laten zien dat het effectief infecties behandelde, waarbij meer dan 99% van de bacteriën werd gedood, zonder andere cellen te beschadigen in biologische modellen.

De behandeling behaalde vergelijkbare resultaten als een antibioticum bij het elimineren van infecties en versnelde genezing, waarbij de wonden in zeven dagen met 80% werden gesloten.

De superbug-dodende nanotechnologie die internationaal door RMIT is ontwikkeld, is in preklinische onderzoeken rigoureus getest door deskundigen op het gebied van wondgenezing van UniSA. RMIT heeft patentbescherming aangevraagd voor de zwarte fosforvlokken, inclusief het gebruik ervan in wondgenezingsformuleringen, waaronder gels.

Professor Sumeet Walia, mede-hoofdonderzoeker van RMIT, zei dat het onderzoek aantoonde hoe hun innovatie een snelle antimicrobiële werking opleverde en vervolgens zichzelf ontbond nadat de dreiging van infectie was geëlimineerd.

"Het mooie van onze innovatie is dat het niet simpelweg een coating is; het kan feitelijk worden geïntegreerd in de gangbare materialen waaruit apparaten zijn gemaakt, maar ook in plastic en gels, om ze antimicrobieel te maken", zegt Walia van RMIT's School of Engineering.

Uit een eerder onderzoek onder leiding van RMIT bleek dat zwarte fosfor effectief was in het doden van microben wanneer het in nanodunne lagen werd verspreid op oppervlakken die worden gebruikt om wondverbanden en implantaten te maken, zoals katoen en titanium, of geïntegreerd in kunststoffen die in medische instrumenten worden gebruikt.

Hoe de uitvinding werkt

Zwarte fosfor is de meest stabiele vorm van fosfor (een mineraal dat van nature in veel voedingsmiddelen aanwezig is) en wordt in zijn ultradunne vorm gemakkelijk afgebroken met zuurstof, waardoor het ideaal is voor het doden van microben.

"Terwijl het nanomateriaal afbreekt, reageert het oppervlak met de atmosfeer en produceert het zogenoemde reactieve zuurstofsoorten. Deze soorten helpen uiteindelijk door bacteriële cellen uit elkaar te scheuren", aldus Walia.

In het nieuwe onderzoek werd de effectiviteit van nanodunne vlokken zwarte fosfor getest tegen vijf veel voorkomende bacteriestammen, waaronder E. coli en medicijnresistente gouden stafylokok.

"Onze antimicrobiële nanotechnologie vernietigde snel meer dan 99% van de bacteriële cellen – aanzienlijk meer dan de gebruikelijke behandelingen die tegenwoordig worden gebruikt om infecties te behandelen."

De mondiale oorlog tegen superbacteriën

Co-hoofdonderzoeker Dr. Aaron Elbourne van RMIT zei dat professionals in de gezondheidszorg over de hele wereld wanhopig behoefte hebben aan nieuwe behandelingen om het probleem van antibioticaresistentie te overwinnen.

"Superbacteriën – de ziekteverwekkers die resistent zijn tegen antibiotica – zijn verantwoordelijk voor enorme gezondheidsproblemen en naarmate de resistentie tegen geneesmiddelen groeit, wordt ons vermogen om deze infecties te behandelen steeds uitdagender", zegt Elbourne, een Senior Research Fellow aan de RMIT's School of Science bij RMIT.

"Als we van onze uitvinding een commerciële realiteit kunnen maken in de klinische setting, zouden deze superbacteriën wereldwijd niet weten wat hen overkomt."

Effectiviteit van de behandeling in preklinische modellen van wondinfectie

Hoofdonderzoeker van UniSA, Dr. Zlatko Kopecki, en zijn team voerden de preklinische onderzoeken uit om te laten zien hoe de dagelijkse plaatselijke toepassing van de zwarte fosfor-nanovlokken de infectie aanzienlijk verminderde.

"Dit is opwindend omdat de behandeling vergelijkbaar was met het ciprofloxacine-antibioticum bij het uitroeien van wondinfecties en resulteerde in een versnelde genezing, waarbij de wonden in zeven dagen met 80% gingen sluiten", zei Dr. Kopecki.

Dr. Kopecki, die ook een Channel 7 Children's Research Foundation Fellow is op het gebied van wondinfecties bij kinderen, zei dat antibioticabehandelingen schaars worden.

"We moeten dringend nieuwe alternatieve niet-antibiotische benaderingen ontwikkelen om wondinfecties te behandelen en te beheersen", zei hij.

"Zwarte fosfor lijkt de juiste plek te hebben gevonden en we kijken uit naar de vertaling van dit onderzoek naar de klinische behandeling van chronische wonden."

Het team wil samenwerken met potentiële industriële partners om de technologie te ontwikkelen en te prototypen.

Meer informatie: Emmeline P. Virgo et al., Gelaagde zwarte fosfor-nanovlokken verminderen de bacteriële belasting en verbeteren de genezing van met muizen geïnfecteerde wonden, Geavanceerde therapieën (2023). DOI:10.1002/adtp.202300235

Geleverd door RMIT University