Výskumníci použili nanovlákna čierneho fosforu na ničenie baktérií.
Výskumníci zistili, že použitie nanovlákien čierneho fosforu na rany infikované superbaktériami odolnými voči liekom nielenže zabíja patogény, ale aj podporuje hojenie rán. Inovatívny antimikrobiálny prostriedok je viac než len povlak, možno ho zabudovať do bežných materiálov, ako sú obväzy, gély a plasty. Vzhľadom na výzvu, ktorú predstavuje nárast počtu superbaktérií, musíme prísť s novými spôsobmi riešenia infekcií rán.
Táto potreba sa vyostrí, keď si uvedomíme, že približne 70% baktérií si vyvinulo rezistenciu voči aspoň jednej bežnej triede antibiotík a od roku 2000 bolo objavených len päť nových tried antibiotík. Nedávno výskumníci z austrálskej RMIT University navrhli novú, bezliekovú metódu prevencie pooperačných infekcií u ľudí, ktorí dostávajú titánové implantáty.
Teraz sa spojili s výskumníkmi z Univerzity v Južnej Austrálii, aby vyvinuli ďalšiu inováciu, ktorá využíva nanorozmerné vločky čierneho fosforu na boj proti infekciám rán spôsobeným superbaktériami. „Superbaktérie (patogény, ktoré sú odolné voči antibiotikám) sú zodpovedné za obrovskú zdravotnú záťaž a s rastúcou rezistenciou voči liekom je naša schopnosť liečiť tieto infekcie čoraz náročnejšia,“ povedal Aaron Elbourne, jeden zo spoluautorov štúdie.
Čierny fosfor bol nedávno identifikovaný ako účinná antimikrobiálna látka. Je to najstabilnejšia fyzikálna forma fosforu a pozostáva z 2D vrstiev fosforu (nazývaných „fosforén“), rovnako ako grafit pozostáva z mnohých vrstiev grafénu. Vo svojej predchádzajúcej práci výskumníci preukázali, ako čierny fosfor usporiadaný do nanotenkej vrstvy ničí mikróby vďaka svojej jedinečnej schopnosti produkovať reaktívne formy kyslíka.
„Keď sa nanomateriál rozkladá, jeho povrch reaguje s atmosférou a produkuje tzv. reaktívne formy kyslíka,“ povedal Sumeet Walia, spoluautor štúdie. „Tieto druhy nakoniec pomáhajú tým, že trhajú bakteriálne bunky.“ V súčasnej štúdii výskumníci testovali bezpečnosť a účinnosť použitia nanovlákien čierneho fosforu (BPNF) na bežných baktériách vrátane S. aureus („zlatý stafylokok“) odolného voči liekom, P. aeruginosa a E. coli.
S. aureus ošetrený BPNF vykazoval 62% stratu životaschopnosti buniek do dvoch hodín, pričom po šiestich hodinách bola strata životaschopnosti 80%. Po 24 hodinách bolo usmrtených viac ako 99% baktérií. Podobný trend bol pozorovaný aj pri P. aeruginosa, pričom BPNF spôsobili po 24 hodinách viac ako 80% bakteriálnu smrť. BPNF nielenže ničili baktérie bez poškodenia iných buniek, ale po odstránení hrozby infekcie sa aj samy rozložili.
„Naša antimikrobiálna nanotechnológia rýchlo zničila viac ako 99% bakteriálnych buniek – podstatne viac ako bežné liečebné prostriedky, ktoré sa dnes používajú na liečbu infekcií,“ povedal Walia. Keď výskumníci testovali účinnosť BPNF oproti ciprofloxacínu, bežne používanému širokospektrálnemu antibiotiku, na ranách myší, zistili, že obe boli porovnateľne účinné pri odstraňovaní S. aureus.
BPNF tiež preukázali lepšie hojenie rán a regeneráciu tkaniva na makro- a mikroskopickej úrovni v porovnaní s kontrolnými látkami. Každodenná liečba BPNFs počas siedmich dní viedla k 80% uzavretiu rany bez známok začervenania alebo rozpadu kože. Vedci dospeli k záveru, že pozorované zlepšenie stupňa reepitelizácie (vytvorenie bariéry medzi ranou a okolím) naznačuje, že BPNF podporujú hojenie rán aj v prípade, že sú rany infikované vysoko rezistentnou baktériou S. aureus.
Zatiaľ čo antimikrobiálne vlastnosti čierneho fosforu sú známe, jeho vlastnosti pri hojení rán nie sú dobre zdokumentované. „Je to vzrušujúce, pretože liečba bola porovnateľná s antibiotikom ciprofloxacínom pri eradikácii infekcie rany a viedla k urýchleniu hojenia, pričom rany sa uzavreli o 80% v priebehu siedmich dní,“ povedal Zlatko Kopecki, korešpondujúci autor štúdie.
„Naliehavo potrebujeme vyvinúť nové alternatívne neantibiotické prístupy na liečbu a zvládanie infekcie rán. Zdá sa, že čierny fosfor sa trafil do čierneho a my sa tešíme na to, ako sa tento výskum premietne do klinickej liečby chronických rán. Krása našej inovácie spočíva v tom, že nejde len o povlak. V skutočnosti sa dá integrovať do bežných materiálov, z ktorých sa vyrábajú zariadenia, ako aj do plastov a gélov, aby boli antimikrobiálne,“ povedal Walia.
Výskumný tím chce spolupracovať s priemyselnými partnermi na vývoji a prototypovaní tejto technológie. „Ak sa nám podarí urobiť z nášho vynálezu komerčnú realitu v klinickom prostredí, tieto superbaktérie na celom svete nebudú vedieť, čo ich zasiahlo,“ povedal Elbourne.