Fosforové nanotechnológie zabíjajú superbaktérie a urýchlia hojenie

Keďže narastá počet takzvaných superbaktérií, je dôležité prísť s novými spôsobmi riešenia infekcií rán. Táto potreba sa stupňuje, 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 univerzity RMIT 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 nanovločky 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 ako „fosforén“. 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 takzvané 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 nanovločiek čierneho fosforu na bežných baktériách vrátane S. aureus („zlatý stafylokok“) odolnej voči liekom, P. aeruginosa a E. coli.

Baktéria S. aureus ošetrená nanovločkami čierneho fosforu vykazovala 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 baktérii P. aeruginosa, pričom nanovločky čierneho fosforu spôsobili po 24 hodinách bakteriálnu smrť viac ako 80 % baktériám. Nanovločky čierneho fosforu 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. To je podstatne viac ako bežné liečebné prostriedky, ktoré sa dnes používajú na liečbu infekcií,“ povedal Walia.

Keď výskumníci testovali účinnosť nanovločiek čierneho fosforu v porovnaní s ciprofloxacínom, bežne používaným širokospektrálnym antibiotikom, na ranách myší, zistili, že obidve látky boli porovnateľne účinné pri odstraňovaní baktérií S. aureus.

Nanovločky čierneho fosforu tiež preukázali lepšie hojenie rán a regeneráciu tkaniva na makroskopickej a mikroskopickej úrovni v porovnaní s kontrolnými látkami. Každodenná liečba nanovločkami čierneho fosforu počas siedmich dní viedla k 80-percentnému uzavretiu rany bez známok začervenania alebo rozpadu kože.

Vedci dospeli k záveru, že pozorované zlepšenie stupňa reepitelizácie, čo je vytvorenie bariéry medzi ranou a okolím, naznačuje, že nanovločky čierneho fosforu 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“.

Výskumníci tvrdia, že atraktívnosť nanovločiek čierneho fosforu spočíva v tom, že sa dajú zabudovať do rôznych materiálov.

„Krása našej inovácie spočíva v tom, že nejde len o povlak. Môže byť skutočne integrovaný do bežných materiálov, z ktorých sú zariadenia vyrobené, ako aj do plastov a gélov, aby boli antimikrobiálne,“ povedal Walia.

Výskumný tím chce spolupracovať s priemyselnými partnermi na vývoji a prototypovaní tejto technológie. Štúdia bola nedávno uverejnená v magazíne Advanced Therapeutics.