Hidrojel parçacıklarına bağlı peptitler içeren antibakteriyel malzeme, kan gibi vücut sıvılarıyla temas halinde bile çalışır. İyileşmeyi bozmadan doğrudan yaralara püskürtülebilir veya enfeksiyonu önlemek ve hatta çoklu dirençli bakterilerle savaşmak için kateterlere ve implantlara kaplama olarak uygulanabilir. Kredi: Chalmers Teknoloji Üniversitesi| Anna-Lena Lundqvist
Dünya Sağlık Örgütü (WHO), antibiyotik direncini en büyük on küresel sağlık tehdidi arasında listeleyerek, dirençli bakterilerle savaşmanın ve antibiyotiklere olan bağımlılığı azaltmanın yeni yollarını bulmayı zorunlu kılıyor. Bu acil soruna cevaben, İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, antibiyotiğe dirençli bakterileri bile öldürme yeteneğine sahip yeni bir sprey geliştirdiler. Bu yenilikçi çözüm, yara bakımı için ve doğrudan implantlar gibi tıbbi cihazlarda kullanılabilir.
“Yeniliğimizin antibiyotik direncine karşı mücadelede ikili bir etkisi olabilir. Malzemenin, Metisiline dirençli gibi antibiyotiklere dirençli olanlar da dahil olmak üzere birçok farklı bakteri türüne karşı etkili olduğu gösterilmiştir. Stafilokok aureus (MRSA), aynı zamanda enfeksiyonları önleme ve böylece antibiyotik ihtiyacını azaltma potansiyeline sahipken, “diyor çalışmanın araştırma başkanı ve Chalmers Kimya ve Kimya Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Martin Andersson.
Martin Andersson, Profesör, Kimya ve Kimya Mühendisliği Bölümü, Chalmers Teknoloji Üniversitesi. Kredi: Chalmers Teknoloji Üniversitesi| Anna-Lena Lundqvist
Antibiyotiğe dirençli bakterilerin dünya çapında yılda yaklaşık 1,3 milyon ölüme neden olduğu şimdiden tahmin ediliyor. İlaç direncinin yayılmasını ve gelişimini yavaşlatma çabasının bir parçası olarak Chalmers’teki araştırmacılar, sağlık hizmetlerinde kullanılabilecek ve antibiyotik direnciyle mücadelede etkili bir araç haline gelebilecek yeni bir antibakteriyel malzeme geliştiriyorlar.
Materyal, bakterileri etkili bir şekilde öldüren ve bağlayan bir tür peptit ile donatılmış küçük hidrojel parçacıklarından oluşur. Peptidlerin partiküllere bağlanması koruyucu bir ortam sağlar ve peptidlerin stabilitesini arttırır. Bu, onların peptitleri etkisiz hale getiren kan gibi vücut sıvılarıyla birlikte çalışmasına izin verir ve sağlık hizmetlerinde kullanılmalarını zorlaştırır. Daha önceki çalışmalarda araştırmacılar, peptitlerin yara pansuman malzemeleri gibi yara bakım malzemeleri için nasıl kullanılabileceğini göstermişti.
Şimdi bakterisidal malzemenin yara spreyi şeklinde ve vücudumuza giren tıbbi cihazlarda kaplama olarak kullanıldığı iki yeni çalışma yayınladılar. Araştırmadaki bu yeni adım, yeniliğin sağlık hizmetlerinde daha fazla şekilde kullanılabileceği ve daha da fazla fayda sağlayabileceği anlamına geliyor.
Yara iyileşmesini olumsuz etkilemeden bakterileri öldürür
Bakterilerin girebileceği vücuttaki derin yaralara ve diğer açık alanlara ulaşabilen yara spreyi esnektir ve enfeksiyonu tedavi etmek ve önlemek için çok faydalıdır. Yeni malzemenin mevcut spreylere ve dezenfektanlara göre birçok avantajı var
“Bu yara spreyindeki madde tamamen toksik değildir ve insan hücrelerini etkilemez. Mevcut bakteri öldürücü spreylerin aksine vücudun iyileşme sürecini engellemez. Kimya ve Kimya Mühendisliği Bölümü’nde endüstriyel doktora öğrencisi Edvin Blomstrand, yaranın üzerine basitçe püskürtülen malzemeler de bakterileri daha kısa sürede öldürebiliyor” diyor.[{” attribute=””>Chalmers University of Technology and one of the lead authors of the scientific article.
Edvin Blomstrand, Ph.D. student, Department of Chemistry and Chemical Engineering, Chalmers University of Technology. Credit: Chalmers University of Technology| Anna-Lena Lundqvist
Reduces the risk of infection from materials introduced into the body
For treatments in which materials such as implants and catheters are inserted into our bodies, infections are a major problem. Therefore, there is a great need for new antibacterial biomaterials, i.e. materials that treat, replace or modify organs, tissue, or functions in a biological body. One of the major sources of hospital-acquired infection comes from the usage of urinary catheters. The Chalmers researchers’ new coating can now be an effective new tool for reducing this risk and preventing infections.
“Although the catheters are sterile when unpacked, they can become contaminated with bacteria while they are being introduced into the body, which can lead to infection. One major advantage of this coating is that the bacteria are killed as soon as they come into contact with the surface. Another is that it can be applied to existing products that are already used in healthcare, so it is not necessary to produce new ones,” says Annija Stepulane, a doctoral student at the Department of Chemistry and Chemical Engineering at Chalmers and one of the lead authors of the article.
Annija Stepulane, Ph.D. student, Department of Chemistry and Chemical Engineering, Chalmers University of Technology. Credit: Chalmers University of Technology| Anna-Lena Lundqvist
In the study, the researchers tested the coating on silicone materials used for catheters, but they see opportunities to use it on other biomaterials.
Research in parallel with product development
The research on the antibacterial materials is being conducted in collaboration with the spin-off company Amferia AB, which is also commercializing the technology. Chalmers and Amferia have previously presented the antibacterial material in the form of hydrogel wound dressings, which are presently under clinical investigation for both human and animal wound care.
More about the research and the new materials
The beneficial properties of antimicrobial peptides have been known for many years. They exist in thousands of different variants in the natural immune systems of humans, animals, and plants, and researchers have long sought to mimic and harness the peptides to prevent and treat infections. In their natural state, these peptides are rapidly broken down when they come into contact with body fluids such as blood, which makes their direct clinical use difficult. In the materials the researchers are developing, they have solved this problem by binding the peptides to particles. For both the spray and the coating, they have been able to measure that the bactericidal effect of the materials lasts for up to 48 hours in contact with body fluids and as long as a few years without contact with body fluids.
The researchers have shown that 99.99 percent of bacteria are killed by the material and that the bactericidal capacity is active for approximately 48 hours, enabling its use in a wide range of clinical applications. Since the materials are non-toxic, they can be used directly on or in the body, preventing or curing an infection without adversely affecting the natural healing process.
References: “Cross-linked lyotropic liquid crystal particles functionalized with antimicrobial peptides” by Edvin Blomstrand, Anand K. Rajasekharan, Saba Atefyekta and Martin Andersson, 22 September 2022, International Journal of Pharmaceutics.
DOI: 10.1016/j.ijpharm.2022.122215
“Multifunctional Surface Modification of PDMS for Antibacterial Contact Killing and Drug-Delivery of Polar, Nonpolar, and Amphiphilic Drugs” by Annija Stepulane, Anand Kumar Rajasekharan and Martin Andersson, 2 November 2022, ASC Applied Bio Materials.
DOI: 10.1021/acsabm.2c00705