Antybakteryjne materiały bliskie ideału

Bezwzględne dla bakterii, nieszkodliwe dla ludzkich komórek. Nowe, trwałe pokrycia antybakteryjne z nanokompozytów, opracowane w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie, w przyszłości pomogą lepiej utrzymywać higienę odzieży sportowej, a zastosowane w medycynie, obniżą liczbę zakażeń i skrócą czasy hospitalizacji chorych.

Nowa metoda wytwarzania nanokompozytowych pokryć antybakteryjnych w opatrunkach jest uniwersalna i może służyć do modyfikowania powierzchni różnych materiałów. Po zmianie materiały wykazują właściwości antyseptyczne, a jednocześnie pozostają bardzo przyjazne dla ludzkich komórek.

Użyteczność pokryć nie ogranicza się do medycyny, bo mogą być wykorzystywane do np. podnoszenia poziomu higieny codziennych elementów garderoby (skarpetek, wkładek do butów, bielizny sportowej itp.), a także przy produkcji odzieży sportowej.

Proces tworzenia

Masowym zastosowaniom sprzyja fakt, że nanokompozytowe pokrycia z IChF PAN powstają w szybkim i tanim procesie. Wytwarzane są w roztworach związków boru, zawierających koloidalne nanocząstki złota. Po wprowadzeniu czynnika wywołującego polimeryzację, na powierzchni zanurzonego w koloidzie przedmiotu w ciągu kilkunastu minut, osadzają się nanokompozyty złota.

Łączenie z podłożem ma charakter chemiczny, dlatego charakteryzuje znaczną trwałością. Co prawda złoto nie należy do najtańszych materiałów, ale wykonane z niego pokrycia nanokompozytowe są trwałe i nie ulegają degradacji podczas prania w detergentach. W zależności od ilości osadzonego nanokompozytu, zmodyfikowane materiały mogą mieć kolor od nieznacznie różowego przez fioletowy do ciemnogranatowego.

Wielokrotne próby laboratoryjne właściwości antyseptycznych nowych pokryć przeprowadzono m.in. z bakteriami pałeczki okrężnicy i gronkowca skórnego, a więc bakteriami zarówno Gram-ujemnymi, jak i Gram-dodatnimi. 

Testy wykazały, że już po 12 godzinach liczba bakterii obu typów  zmniejszała się nawet o 90%.

- Medycyna z dnia na dzień staje się coraz skuteczniejsza. Mimo to w praktyce lekarskiej często pojawiają się problemy związane z zakażeniami bakteryjnymi. - mówi dr Katarzyna Wybrańska z Instytutu Chemii Fizycznej PAN - Chory, u którego doszło do takiego powikłania, zwykle jest hospitalizowany nawet dwa tygodnie dłużej od zwykłego pacjenta. Nie dość, że ludzie cierpią, to jeszcze koszty związane z ich hospitalizacją idą w tysiące i miliony złotych. Opatrunki z naszymi pokryciami mogłyby te problemy znacząco zredukować – dodaje dr Wybrańska.

Nieszkodliwe dla ludzkich komórek

Naukowców pracujących nad nowymi pokryciami antybakteryjnymi najbardziej zaskoczyło to, że okazały się one nieszkodliwe dla ludzkich komórek. Cecha ta wynika z faktu, że w przeciwieństwie do innych podobnych rozwiązań antybakteryjnych, takich jak impregnacja nanocząstkami srebra, działanie antybakteryjne nowych pokryć polega nie na uwalnianiu toksycznych substancji na zewnątrz, a na bezpośrednim kontakcie bakterii ze zmodyfikowaną powierzchnią.

Sam nanokompozyt nie uwalnia się z materiału czy opatrunku, zatem może działać antybakteryjnie dłużej i bez szkody dla organizmu.

Wielomiesięczne testy z pokryciami z nanokompozytów złota, przeprowadzone na czterech ludzkich liniach komórkowych, nie wykazały dotychczas żadnych szkodliwych efektów.

Hodowle komórek, w warunkach laboratoryjnych często degradujące się już po kilkunastu dniach, rozwijały się normalnie, a ludzkie komórki nie tylko nie unikały włókien waty pokrytych nanokompozytami złota, ale nawet na nich rosły.

- Zwykle to, co działa toksycznie na bakterie, jest szkodliwe także dla nas. Tymczasem nasze nanokompozyty są bardzo przyjazne ludzkim komórkom - podkreśla dr Wybrańska.

Wyjątkowe właściwości nowych pokryć otwierają drogę do interesujących zastosowań. Dr hab. Marcin Fiałkowski, prof. IChF PAN, zauważa: 

- Zapotrzebowanie na biomedyczne produkty o udowodnionych właściwościach antyseptycznych i braku toksyczności wobec komórek ludzkich jest ogromne. Dlatego myślimy o wykorzystaniu naszych nanokompozytów do produkcji hydrożelowych opatrunków. Inny potencjalny obszar zastosowań ma związek z rusztowaniami używanymi do hodowli komórek i tkanek.

Nowatorski charakter pokryć antybakteryjnych z nanokompozytów złota znalazł potwierdzenie w kilku wnioskach patentowych, złożonych przez naukowców z IChF PAN.

Badania nad pokryciami, zrealizowane we współpracy z Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, zostały sfinansowane z grantu programu TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, a prace nad ich komercjalizacją są obecnie rozwijane w ramach programu IMPULS FNP.