Flohprotein inspiriert den Durchbruch bei der Verhinderung von Infektionen im Implantat von medizinischen Implantaten

Ein Protein, das Flöhen verleiht, die ihren Sprungbrett ausüben, wurde verwendet, um Bakterienzellen zu starten, wobei die Laborergebnisse das Material zur Vorbeugung eines medizinischen Implantatsinfektion zeigen.

Die kollaborative Studie, die von Forschern der RMIT University in Australien geleitet wird, ist die erste Verwendung von antibakteriellen Beschichtungen aus resilinmimetischen Proteinen, um Bakterien vollständig an eine Oberfläche zu blocken.

Professorin von Studienleiter, Professorin Namita Roy Choudhury, sagte, der Befund sei ein kritischer Schritt in Richtung ihres Ziels, intelligente Oberflächen zu schaffen, die gefährliche Bakterien, insbesondere antibiotika-resistente, wie MRSA, aus dem Wachstum von medizinischen Implantaten stoppen.

Diese Arbeit zeigt, wie diese Beschichtungen angepasst werden können, um Bakterien effektiv zu bekämpfen – nicht nur kurzfristig, sondern möglicherweise über einen langen Zeitraum. “

Professor Namita Roy Choudhury, Hauptautorin

Trotz der Sterilisations- und Infektionskontrollen werden häufig Bakterien bei Implantaten nach einer Operation gefunden. Diese können zu Infektionen führen, die Antibiotika erfordern, aber wobei die Antibiotikaresistenz häufiger werden, sind neue vorbeugende Maßnahmen erforderlich.

„Die Antibiotikaresistenz hat ein größeres Interesse an dem Bereich selbststerilisierender Materialien und der einfachen Herstellung von antibakteriellen Oberflächen geführt“, sagte Choudhury.

„Daher haben wir diese Oberfläche so gestaltet, dass die anfängliche Bindung der Bakterien- und Biofilmbildung vollständig verhindern, um die Infektionsraten zu verringern.“

Laut Choudhury könnten potenzielle Anwendungen Sprühbeschichtungen für chirurgische Werkzeuge, medizinische Implantate, Katheter und Wundverbände umfassen.

Resilin zur Rettung

Resilin, ein Protein, das in Insekten vorkommt, ist bekannt für seine bemerkenswerte Elastizität – es ermöglicht Flöhen, in Mikrosekunden mehr als hundertmal ihre eigene Höhe zu springen – aber es ist auch äußerst belastbar und biokompatibel.

„Diese außergewöhnlichen Eigenschaften und ungiftigen Natur machen Resilin- und Resilin-mimetische Proteine ​​ideal für viele Anwendungen, die flexible, langlebige Materialien und Beschichtungen erfordern“, sagte Choudhury.

„Diese Anwendungen reichen von Tissue Engineering und Arzneimittelabgabe bis hin zu flexiblen Elektronik- und Sportgeräten. Dies ist jedoch die erste Arbeit, die zu seiner Leistung als antibakterielle Beschichtung veröffentlicht wurde.“

Das Team erstellte verschiedene Formen von Beschichtungen aus veränderten Resilinformen und testete dann ihre Wechselwirkungen mit E. coli -Bakterien und menschlichen Hautzellen unter Laborzellen.

Die Studie zeigte, wie die veränderten Proteine ​​in Nano -Tröpfchen, die als Coacervate bekannt waren, zu 100% wirksam waren, um die Bakterien abzuwehren, während sie sich immer noch gut in gesunde menschliche Zellen integrierten, ein kritischer Bestandteil des Erfolgs des medizinischen Implantats.

Der leitende Autor der Studie von RMIT Dr. Nisal Wanasingha sagte, die hohe Fläche der Nano -Tröpfchen habe sie besonders gut darin gemacht, mit Bakterien zu interagieren und abzuwehren.

„Sobald sie in Kontakt gekommen sind, interagiert die Beschichtung mit den negativ geladenen bakteriellen Zellmembranen durch elektrostatische Kräfte, was ihre Integrität stört, was zu einem Leck von Zellinhalten und eventuellem Zelltod führt“, sagte er.

Laut Wanasingha zeigten die Auftriebsbasisbeschichtungen nicht nur eine 100% ige Wirksamkeit, um Bakterien daran zu hindern, sich an der Oberfläche zu befestigen, sondern bot im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen auch mehrere Vorteile.

„Im Gegensatz zu Antibiotika, die zu Resistenz führen können, kann die durch die Resilinbeschichtungen verursachte mechanische Störung verhindern, dass Bakterien Resistenzmechanismen festlegen“, sagte er.

„In der Zwischenzeit verringern die natürliche Herkunft und die Biokompatibilität von Resilin das Risiko von Nebenwirkungen in menschlichen Geweben und sind auf Proteinbasis umweltfreundlicher als Alternativen basierend auf Silbernanopartikeln.“

Nächste Schritte

Der Co-Autor von Study, Professor Naba Dutta, sagte, dass Resilin-mimetisches Protein sehr auf Reize und Veränderungen in seiner Umgebung reagiert und es für viele Funktionen möglicherweise stimmbar macht.

„Diese frühen Ergebnisse sind sehr vielversprechend als eine neue Art, die Infektionskontrolle in Krankenhäusern und anderen medizinischen Umgebungen zu verbessern, aber jetzt sind weitere Tests erforderlich, um zu sehen, wie diese Beschichtungen gegen eine breitere Bandbreite schädlicher Bakterien arbeiten“, sagte Dutta.

„Zukünftige Arbeiten umfassen die Anhaftung antimikrobieller Peptidsegmente während der rekombinanten Synthese von Resilinmimics und das Einbeziehen zusätzlicher antimikrobieller Mittel, um das Aktivitätsspektrum zu erweitern.“

Der Übergang von Laborforschung zu klinischer Verwendung erfordert die Gewährleistung der Stabilität und Skalierbarkeit der Formel, wodurch umfangreiche Sicherheits- und Wirksamkeitsstudien durchgeführt und erschwingliche Produktionsmethoden für die weit verbreitete Verteilung entwickelt wurden, fügte er hinzu.

Die Studie arbeitete in Zusammenarbeit mit dem ARC Center of Excellence für nanoskalige Biophotonik und der Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO).

Das Team nutzte das australische Zentrum von Ansto für Neutronenstreueinrichtungen und die Micro -Nano -Forschungseinrichtung der RMIT University sowie die Mikroskopie- und Mikroanalyse -Einrichtung.

Die Arbeiten wurden vom Australia India Strategic Research Fund, dem Australian Institute of Nuclear Science and Engineering Top-up Postgraduate Research Award (PGRA) finanziert und vom Australian Research Council unterstützt.

Quellen: