Grafen binder bakteriedödande läkemedel på implantat

Medicinska implantat infekteras ofta av bakterier som bildar biofilm, vilket orsakar stort lidande hos patienterna och hög belastning inom sjukvården världen över. Nu har forskare vid Chalmers utvecklat en metod för att täcka ett grafenbaserat material med bakteriedödande molekyler, som skulle kunna användas för att hindra dessa bakterieinfektioner.

– Vi har visat att vi kan binda vattenolösliga antibakteriella molekyler till grafen och att molekylerna frigörs kontinuerligt och kontrollerat från materialet, säger Santosh Pandit, forskare på institutionen för biologi och bioteknik vid Chalmers och försteförfattare till studien som nyligen publicerats i Scientific Reports.

– Det är en förutsättning för att metoden ska fungera. Dessutom är vår metod för att binda de aktiva molekylerna till grafen väldigt enkel och kan också enkelt anpassas till industriella processer.

Bakterier som bildar svårgenomträngliga ytskikt, så kallad biofilm, på implantat såsom tandimplantat och andra ortopediska implantat, är ett stort globalt problem. Bakterier i biofilm är mer motståndskraftiga än andra bakterier. Infektionerna är därför ofta svårbehandlade och leder till stora problem för patienterna – och kan i värsta fall leda till att implantaten måste plockas ut och ersättas. Förutom det mänskliga lidandet innebär det också stora kostnader för sjukvården.

Grafen passar bra som fästmaterial
Det finns en mängd vattenolösliga, eller hydrofoba, läkemedel och molekyler, som har potential att användas inom antibakteriell behandling. Men för att de ska kunna användas i kroppen måste de fästas på ett material, vilket kan vara svårt och tidskrävande.

– Grafen har stor potential att interagera med hydrofoba molekyler eller läkemedel och vi har utnyttjat dessa egenskaper när vi har skapat vårt material. Processen för att binda de antibakteriella molekylerna sker bland annat med hjälp av ultraljud, säger Santosh Pandit.

I studien täcktes grafenmaterialet med så kallad usnic-syra (UA) som utvinns ur vissa lavar, till exempel skägglav. Tidigare forskning har visat att UA har goda bakteriedödande egenskaper och slår ut bakterier genom att förhindra att de bildar nukleinsyror, byggstenarna i RNA, och därmed blockera proteinproduktion i cellen.

Enkel metod banar väg för framtida läkemedel
Materialets motståndskraft testades med de patogena bakterierna Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis, som ofta bildar biofilm på medicinska implantat och infekterar närliggande vävnader. Forskarna kunde se att materialet visade upp ett flertal egenskaper som gav lovande resultat. Förutom att metoden där UA integrerades i grafenmaterialets yta fungerade väl, dokumenterade man också att UA-molekylerna frisläpptes kontinuerligt, vilket i sin tur hindrade att biofilm bildades på ytan.

– Men ännu viktigare är att våra resultat visar att vi kan binda hydrofoba läkemedel till grafen med en enkel metod. Det banar väg för ett mer effektivt antibakteriellt skydd av biomedicinska produkter i framtiden. Nu planerar vi försök där vi kommer att binda in andra hydrofoba läkemedel med ännu större potential för att behandla eller förhindra olika kliniska infektioner, säger Santosh Pandit.

Mer om forskningen

• Läs hela den vetenskapliga artikeln Sustained release of usnic acid from graphene coatings ensures long term antibiofilm protection

• Forskningsprojektet drivs av professor Ivan Mijakovics grupp på institutionen för biologi och bioteknik vid Chalmers, och finansieras av Formas och Vetenskapsrådet.

Läs om tidigare resultat från forskargruppen

• Grafitnanoflagor på medicinska hjälpmedel dödar bakterier och förebygger infektion

• Spikar av grafen kan döda bakterier på implantat

För mer information, kontakta
Santosh Pandit, institutionen för biologi och bioteknik, Chalmers, 072-948 40 11, pandit@chalmers.se

Johanna Wilde
Presskommunikatör
031-772 2029
johanna.wilde@chalmers.se

________________

Chalmers tekniska högskola i Göteborg forskar och utbildar inom teknik och naturvetenskap på hög internationell nivå. Universitetet har 3 100 anställda, 10 000 studenter och utbildar ingenjörer, arkitekter och sjöbefäl.

Med vetenskaplig excellens som grund utvecklar Chalmers kompetens och tekniska lösningar för en hållbar värld. Genom globalt engagemang och entreprenörsanda skapar vi innovationskraft, i nära samarbete med övriga samhället. EU:s största forskningsinitiativ – Graphene Flagship – leds av Chalmers, liksom bygget av en svensk kvantdator.

Chalmers grundades 1829 och har än idag samma motto: Avancez – framåt.

Taggar: