Исследователи разработали новое покрытие, уничтожающее супербактерий, которое можно использовать на раневых повязках и имплантатах для предотвращения и лечения потенциально смертельных бактериальных и грибковых инфекций.
Этот материал является одним из самых тонких антимикробных покрытий, разработанных на сегодняшний день, и эффективен против широкого спектра устойчивых к лекарственным препаратам бактерий и грибковых клеток, оставляя клетки человека неповрежденными.
Устойчивость к антибиотикам представляет собой серьезную глобальную угрозу для здоровья, вызывающую не менее 700 000 смертей в год. Без разработки новых антибактериальных методов лечения к 2050 году число смертей может возрасти до 10 миллионов человек в год, что эквивалентно 100 триллионам долларов США на расходы на здравоохранение.
Хотя бремя грибковых инфекций для здоровья менее признано, во всем мире они ежегодно убивают около 1,5 миллиона человек, и число погибших растет. Например, новой угрозой для госпитализированных пациентов с COVID-19 является распространенный грибок Aspergillus, который может вызывать смертельные вторичные инфекции.
Новое покрытие, разработанное командой под руководством Университета RMIT в Мельбурне, Австралия, основано на ультратонком 2D-материале, который до сих пор представлял интерес в основном для электроники следующего поколения.
Исследования черного фосфора (BP) показали, что он обладает некоторыми антибактериальными и противогрибковыми свойствами, но этот материал никогда не подвергался методическим исследованиям на предмет потенциального клинического применения.
Новое исследование, опубликованное в журнале Applied Materials & Interfaces Американского химического общества, показывает, что BP эффективно убивает микробы при нанесении нанотонкими слоями на такие поверхности, как титан и хлопок, используемые для изготовления имплантатов и повязок для ран.
Соруководитель исследования д-р Аарон Элбурн сказал, что обнаружение одного материала, который может предотвратить как бактериальные, так и грибковые инфекции, было значительным достижением.
«Эти патогены несут ответственность за огромное бремя для здоровья, и по мере того, как лекарственная устойчивость продолжает расти, наша способность лечить эти инфекции становится все труднее», - сказал Элбурн, научный сотрудник Школы наук RMIT.
Нам нужно новое умное оружие для войны с супербактериями, которые не усугубляют проблему устойчивости к противомикробным препаратам.
Наше нанотонкое покрытие - это двойной убийца насекомых, который разрывает клетки бактерий и грибков на части, к чему микробам будет сложно приспособиться. Потребуются миллионы лет, чтобы естественным образом выработать новую защиту от такой смертельной физической атаки.
"Несмотря на то, что нам нужны дальнейшие исследования, чтобы иметь возможность применять эту технологию в клинических условиях, это новое захватывающее направление в поиске более эффективных способов решения этой серьезной проблемы со здоровьем."
Соведущий исследователь, доцент Сумит Валия из Инженерной школы RMIT, ранее руководил новаторскими исследованиями с использованием BP для технологий искусственного интеллекта и электроники, имитирующей мозг.
«BP разрушается в присутствии кислорода, что обычно представляет собой огромную проблему для электроники и то, что нам пришлось преодолевать с помощью кропотливой точной инженерии для разработки наших технологий», - сказал Валия.
Но оказывается, материалы, которые легко разлагаются кислородом, могут быть идеальными для уничтожения микробов - это именно то, что искали ученые, работающие над антимикробными технологиями.
"Значит, наша проблема была их решением."
Как работает нанотонкий убийца насекомых
Поскольку BP разрушается, он окисляет поверхность клеток бактерий и грибков. Этот процесс, известный как клеточное окисление, в конечном итоге разрывает их на части.
В новом исследовании первый автор и доктор наук Зо Шоу проверил эффективность нанотонких слоев BP против пяти распространенных штаммов бактерий, включая кишечную палочку и лекарственно-устойчивый MRSA, а также против пяти типов грибков, в том числе Candida auris.
Всего за два часа было уничтожено до 99% клеток бактерий и грибков.
Важно, что BP также начал саморазлагаться в это время и полностью распался в течение 24 часов - важная особенность, показывающая, что материал не накапливается в организме.
Лабораторное исследование определило оптимальные уровни BP, которые оказывают смертельное антимикробное действие, оставляя человеческие клетки здоровыми и целыми.
Исследователи начали экспериментировать с различными составами, чтобы проверить эффективность на различных поверхностях, имеющих медицинское значение.
Команда стремится сотрудничать с потенциальными отраслевыми партнерами для дальнейшего развития технологии, для которой была подана предварительная патентная заявка.