Sprayen som bekämpar infektioner och antibiotikaresistens
Världshälsoorganisationen (WHO) klassar antibiotikaresistens som ett av de tio största hoten mot den globala hälsan. Behovet av nya lösningar som kan rå på resistenta bakterier och minska användningen av antibiotika är därför stort. Nu presenterar en grupp forskare på Chalmers en ny spray som kan döda även antibiotikaresistenta bakterier, och som kan användas såväl i sår som direkt på implantat och andra medicintekniska material.
– Vår innovation kan få dubbel effekt i kampen mot antibiotikaresistens. Materialet har visar sig vara effektivt mot många olika typer bakterier, inklusive de som är resistenta mot antibiotika, som exempelvis Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), säger Martin Andersson, forskningsledare för studien och professor på institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.
− Samtidigt är förhoppningen att det också kan förhindra infektioner och på så sätt minska behovet av antibiotika.
Redan idag uppskattar man att antibiotikaresistenta bakterier orsakar närmare 1,3 miljoner dödsfall om året i världen. Som ett led i att bromsa utbredningen och utvecklingen av resistens utvecklar forskare på Chalmers ett nytt antibakteriellt material som kan användas inom vården och bli ett effektivt alternativ till antibiotika.
Materialet består av små gel-partiklar utrustade med en sorts peptider* som effektivt dödar och binder bakterier. Genom att koppla ihop peptiderna med partiklarna får peptiderna en skyddande miljö och ökar sin stabilitet. Det gör att de kan fungera ihop med kroppsvätskor såsom blod, vilket annars inaktiverar peptiderna och har gjort det svårt att använda dem inom sjukvården. I tidigare studier har forskarna visat hur peptiderna kan användas i sårvårdsmaterial som plåster. Nu har de publicerat två nya studier där det bakteriedödande materialet används i form av sårspray och som ytbeläggning på medicinsktekniska produkter som förs in i våra kroppar. Det nya steget i forskningen innebär att innovationen kan användas på fler sätt och göra ännu större nytta inom hälso- och sjukvården.
Tar död på bakterier utan att påverka sårläkningen negativt
Sårsprayen som når ner i djupa sår och andra oskyddade ytor på kroppen där bakterier kan ta sig in är flexibel och mycket användbar för att behandla och förebygga infektioner. Jämfört med befintliga sprayer och desinfektionsmedlen har det nya materialet många fördelar.
− Substansen i den här sårsprayen är inte giftig och påverkar inte mänskliga celler. Till skillnad från befintliga bakteriedödande sprayer hämmas inte kroppens läkningsprocess. Materialet som enkelt sprayas på såret kan dessutom döda bakterierna på kortare tid, säger Edvin Blomstrand, doktorand på institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers tekniska högskola och en av huvudförfattarna till den vetenskapliga artikeln.
Minskar risken för infektioner på material som förs in i kroppen
För behandlingar inom vården där material som implantat och katetrar förs in i våra kroppar är infektioner ett svårbekämpat problem och behovet är stort av nya antibakteriella biomaterial, det vill säga material som behandlar, ersätter eller förändrar organ, vävnader eller funktioner i en biologisk kropp. Risken för att få en infektion i samband med sjukhusvård är som störst när urinkatetrar används. Nu kan Chalmersforskarnas ytbeläggning bli ett nytt effektivt verktyg för att minska den risken och hindra infektioner.
− Även om katetrarna är sterila när det packas upp kan de kontamineras med bakterier när de förs in i kroppen vilket kan leda till infektion. En stor fördel med den här ytbeläggningen är att bakterierna dödas så fort de kommer i kontakt med ytan. En annan är att den kan appliceras på befintliga produkter som redan används i sjukvården och kräver därmed ingen nytillverkning, säger Annija Stepulane, doktorand på institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers, och en av huvudförfattarna till artikeln.
I studien har forskarna testat ytbeläggningen på silikonmaterial som bland annat används för katetrar men de ser möjligheter att använda den på fler biomaterial.
Forskning parallellt med produktutveckling
Forskningen på de antibakteriella materialen görs i nära samarbete med avknoppningsbolaget Amferia som parallellt jobbar med att kommersialisera innvationen. Chalmers och Amferia har tidigare presenterat det antibakteriella materialet i form av sårvårdsmaterial. Utöver den traditionella hälso- och sjukvården sträcker sig användningsområdet för materialen även till medicinsk vård av djur.
Mer om forskningen och de nya materialen
De goda egenskaperna hos antimikrobiella peptider har varit kända sedan många år. De finns i tusentals olika varianter i det naturliga immunförsvaret hos människor, djur och växter, och forskare har länge försökt efterlikna och nyttja peptiderna för att förhindra och behandla infektioner. I sitt naturliga tillstånd bryts dessa peptider snabbt ner när de kommer i kontakt med kroppsvätskor såsom blod, vilket försvårar direkt användning av dem kliniskt. I materialen som forskarna utvecklar har de löst det problemet genom att binda peptiderna till partiklar. För både sprayen och ytbeläggningen har de kunnat uppmäta att materialens bakteriedödande effekt varar i upp till två dygn i kontakt med kroppsvätskor och utan kontakt med kroppsvätskor så länge som ett par år.
Forskarna har visat att 99,99 procents av bakterierna dödas av materialet och att den bakteriedödande förmågan är aktiv i cirka två dygn, vilket möjliggör användning i många olika kliniska applikationer. Eftersom materialen är giftfria kan de användas direkt på eller i kroppen, och på så sätt förhindra eller bota en infektion utan att negativt påverka den naturliga läkningsprocessen.
Läs artikeln Cross-linked lyotropic liquid crystal particles functionalized with antimicrobial peptides som har publicerats i den vetenskapliga tidskriften International Journal of Pharmaceutics. Artikeln är skriven av Edvin Blomstrand (industridoktorand på Chalmers/Amferia), Anand K.Rajasekharan (Amferia), Saba Atefyekta (Amferia), och Martin Andersson (Chalmers).
Läs artikeln Multifunctional Surface Modification of PDMS for Antibacterial Contact Killing and Drug-Delivery of Polar, Nonpolar, and Amphiphilic Drugs i den vetenskapliga tidskriften ASC Applied Bio Materials. Artikeln är skriven av Annija Stepulane (doktorand på Chalmers), Anand Kumar Rajasekharan (Amferia) och Martin Andersson Chalmers).
För mer information, vänligen kontakta: Martin Andersson, professor, institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola: 031 772 29 66, martin.andersson@chalmers.se
Relaterat material
Pressmeddelande 12 maj 2021 Nytt sårvårdsmaterial bekämpar resistenta bakterier
*En peptid är en molekyl som består av aminosyror som sitter ihop till en kort kedja. Peptider skiljer sig från proteiner enbart genom att de är mindre; gränsen mellan peptid och protein dras vid ungefär 50 aminosyror.
Bildtexter:
- Det antibakteriella materialet, med peptider bundna till gel-partiklar, fungerar även vid kontakt med kroppsvätskor som blod. Det kan sprayas direkt i sår utan att försämra läkningen, eller strykas som en beläggning på katetrar och implantat för att förhindra infektion och bekämpa även multiresistenta bakterier.
- Martin Andersson, professor, institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola
- Edvin Blomstrand, doktorand, institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola
- Annija Stepulane, doktorand, institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola
Samtliga foton: Chalmers | Anna-Lena Lundqvist