Materialul începe să „lucreze” împotriva microbilor la comandă.
Oamenii de știință au descoperit capacitatea grafenului de a distruge microbii rezistenți / foto depositphotos.com
Cercetătorii de la Institutul Elvețian de Știința Materialelor Empa au dezvoltat acoperiri ultra-subțiri pe bază de grafenă capabile să neutralizeze agenții patogeni periculoși din spitale folosind doar lumina infraroșie. În timpul testelor, materialul a distrus aproape toate urmele unei tulpini bacteriene rezistente la medicamente și mai mult de 90 % ale alteia. Cercetarea ar putea schimba regulile jocului în lupta globală împotriva rezistenței la antibiotice, scrie Iindian Defence Review.
Se observă că amenințarea reprezentată de microbii rezistenți la medicamente nu mai este un avertisment îndepărtat, ci a devenit deja o criză. „Antibioticele tradiționale pierd teren în fața unui număr tot mai mare de agenți patogeni, iar învelișurile antimicrobiene existente utilizate pe dispozitivele medicale au propriile lor probleme, de la reacții alergice la eficacitate limitată împotriva virușilor”, se arată în articol.
Cercetătorii de la Empa cred că nanomaterialele oferă o cale de ieșire. Laboratorul de nanomateriale, condus de Peter Vick, studiază de peste două decenii interacțiunea materialelor specializate cu corpul uman. Echipa sa creează o nouă clasă de tehnologii antimicrobiene care pot fi pornite și oprite cu ajutorul luminii.
O nouă generație de acoperiri create din grafen
Grafenul, un derivat al carbonului format dintr-un singur strat atomic, a fost studiat pe scară largă la Universitatea cehă Palacky din Olomouc. De acolo, unul dintre chimiști, Giacomo Reina, s-a alăturat proiectului Lab.
Materialul rezultat combină oxidul de grafen cu alcoolul polivinilic, un plastic întâlnit frecvent în industria alimentară. Stratul este atât de subțire încât este invizibil cu ochiul liber. Acest lucru înseamnă că poate fi aplicat pe echipamente medicale fără a le modifica aspectul. Reina a sintetizat patru formule diferite, fiecare concepută pentru a îmbunătăți anumite proprietăți. După cum remarcă el, acestea sunt considerate a fi primele acoperiri antimicrobiene pe bază de grafen.
Potrivit lui Reina, nanomaterialele nu trebuie să fie doar antimicrobiene, ci și compatibile cu țesuturile, ecologice și stabile din punct de vedere chimic – o combinație pe care straturile metalice existente care utilizează argint, cupru sau dioxid de titan nu au reușit până acum să o ofere pe deplin.Cum transformă lumina un strat de acoperire într-un agent de distrugere a microbilor
Mecanismul acțiunii antimicrobiene a materialului constă într-o reacție în lanț precisă. Atunci când este expus la lumina infraroșie apropiată, acoperirea este încălzită la aproximativ 44 de grade Celsius. Potrivit echipei de cercetare, această căldură slăbește microbii. Dar efectul mai semnificativ este de natură chimică: lumina declanșează o reacție între nanomaterial și oxigenul din jur, formând molecule foarte reactive cunoscute sub numele de radicali de oxigen care atacă și deteriorează suprafețele bacteriene.
Cel mai important, lumina infraroșie poate pătrunde prin țesutul corporal la o adâncime de până la doi centimetri, permițând activarea din exterior a învelișului implantului. Efectul antimicrobian este, de asemenea, personalizabil. După cum explică Reyna, reacția poate fi pornită și oprită sau intensitatea acesteia poate fi reglată prin simpla comandă a cantității de energie luminoasă aplicată. Înlocuirea lămpilor cu infraroșu cu lasere oferă o precizie chirurgicală și mai mare.
Testele efecte în laborator au confirmat eficiența abordării: primul dintre cele patru materiale a ucis aproape 100 % dintr-o tulpină bacteriană și aproximativ 91 % din cealaltă, ceea ce, potrivit echipei, este superior acoperirilor pe bază de argint utilizate în prezent în practica clinică.
Implanturile dentare ca prim test în lumea reală
După demonstrarea conceptului, echipa se concentrează acum pe o problemă medicală specifică și presantă: infecțiile cauzate de implanturile dentare, care, în cazuri grave, se pot răspândi la osul maxilar sau în întregul organism. Doctoranda Paula Bürgisser, care a început să lucreze la teza sa în vara anului 2025, conduce această linie de cercetare sub supravegherea comună a lui Wieck și a profesorului Roland Jung de la Centrul de medicină dentară al Universității din Zurich.
Conceptul este simplu. Potrivit echipei, partea implantului dentar care vine în contact cu țesutul gingival va fi preacoperită cu un nanomaterial. Odată ce implantul este plasat, se aplică lumină la suprafață pentru a elimina microbii. Tratamentul poate fi apoi repetat în timpul controalelor de rutină sau ori de câte ori apare o infecție. Testele arată că materialul își păstrează proprietățile antimicrobiene prin reactivare repetată, fără degradare.
Cu toate acestea, drumul către aplicarea clinică rămâne lung. Echipa își propune să atragă un partener din sectorul privat în termen de trei-patru ani pentru a începe studiile clinice, dar Vick avertizează că accesul pe scară largă al pacienților ar putea dura încă un deceniu sau mai mult. Privind spre viitor, laboratorul vizează aplicații mai ample, de la senzori pe bază de nanomateriale la terapii împotriva cancerului.
Rezistența bacteriană la antibiotice
Reamintim că oamenii de știință au descoperit bacterii înghețate într-o veche peșteră subterană de gheață care sunt rezistente la 10 antibiotice moderne. În ciuda riscurilor, aceste bacterii ar putea ajuta la dezvoltarea de noi strategii de prevenire a creșterii rezistenței la antibiotice cauzate de utilizarea excesivă a medicamentelor.
