Нов наноматериал на основата на графен може да убива микробите, до които се докосва

Материалът започва да „работи“ срещу микробите по команда.

Учените са открили способността на графена да унищожава устойчиви микроби / снимка depositphotos.com

Изследователи от швейцарския Институт по материалознание Empa са разработили ултратънки покрития на основата на графен, способни да неутрализират опасни болнични патогени само с помощта на инфрачервена светлина. По време на тестовете материалът е унищожил почти всички следи от един резистентен към лекарства бактериален щам и над 90% от друг. Изследването може да промени правилата на играта в глобалната борба с антибиотичната резистентност, пише Iindian Defence Review.

Отбелязва се, че заплахата, която представляват резистентните към лекарства микроби, вече не е далечно предупреждение, а се е превърнала в криза. „Традиционните антибиотици губят позиции срещу все по-голям брой патогени, а съществуващите антимикробни покрития, използвани върху медицинските изделия, имат свои собствени проблеми – от алергични реакции до ограничена ефективност срещу вируси“, се казва в статията.

Изследователите от Empa смятат, че наноматериалите предлагат изход. Лабораторията за наноматериали, ръководена от Питър Вик, изучава взаимодействието на специализирани материали с човешкото тяло повече от две десетилетия. Неговият екип създава нов клас антимикробни технологии, които могат да се включват и изключват със светлина.

Ново поколение покрития, създадени от графен

Графенът, производно на въглерода, състоящо се от един атомен слой, е обект на интензивна работа в чешкия университет Palacky в Оломоуц. Оттам един от химиците, Джакомо Рейна, се присъединява към проекта на лабораторията.

Полученият материал съчетава графенов оксид с поливинилов алкохол – пластмаса, която често се среща в хранителната промишленост. Покритието е толкова тънко, че е невидимо с просто око. Това означава, че то може да се прилага върху медицинско оборудване, без да променя външния му вид. Рейна е синтезирала четири различни формули, всяка от които е предназначена да подобри определени свойства. Както отбелязва той, смята се, че това са първите антимикробни покрития на основата на графен.

Според Рейна наноматериалите трябва да бъдат не само антимикробни, но и съвместими с тъканите, екологично чисти и химически стабилни – комбинация, която съществуващите метални покрития, използващи сребро, мед или титанов диоксид, досега не са успели да осигурят напълно.

Как светлината превръща едно покритие в агент, който убива микробите

Механизмът на антимикробното действие на материала се състои в прецизна верижна реакция. Когато е изложено на близка до инфрачервената светлина, покритието се нагрява до около 44 градуса по Целзий. Според изследователския екип тази топлина отслабва микробите. Но по-значимият ефект е от химическо естество: светлината предизвиква реакция между наноматериала и заобикалящия го кислород, като образува силно реактивни молекули, известни като кислородни радикали, които атакуват и увреждат бактериалните повърхности.

Най-важното е, че инфрачервената светлина може да проникне през телесната тъкан на дълбочина до два сантиметра, което позволява активиране на покритието на импланта отвън. Антимикробният ефект също може да се персонализира. Както обяснява Рейна, реакцията може да се включва и изключва или интензивността ѝ може да се регулира просто чрез контролиране на количеството приложена светлинна енергия. Замяната на инфрачервените лампи с лазери осигурява още по-голяма хирургическа прецизност.

Тестовете в лабораторията потвърждават ефективността на подхода: първият от четирите материала убива почти 100% от единия бактериален щам и около 91% от другия, което според екипа превъзхожда покритията на сребърна основа, използвани в момента в клиничната практика.

Зъбни импланти като първи тест в реалния свят

След доказването на концепцията екипът се фокусира върху конкретен и неотложен медицински проблем: инфекции, причинени от зъбни импланти, които в сериозни случаи могат да се разпространят в челюстната кост или в цялото тяло. Докторантката Паула Бюргисер, която започва работа по дисертацията си през лятото на 2025 г., ръководи това направление на изследванията под съвместното ръководство на Вик и професор Роланд Юнг от Центъра по дентална медицина към Университета в Цюрих.

Концепцията е проста. Според екипа частта от зъбния имплант, която влиза в контакт с венечната тъкан, ще бъде предварително покрита с наноматериал. След като имплантът бъде поставен, върху повърхността се прилага светлина, за да се отстранят микробите. След това лечението може да се повтори по време на рутинните профилактични прегледи или при поява на инфекция. Тестовете показват, че материалът запазва антимикробните си свойства чрез многократно реактивиране, без да се разгражда.

Пътят до клиничното приложение обаче остава дълъг. Екипът има за цел да привлече партньор от частния сектор в рамките на три до четири години, за да започне клинични изпитвания, но Вик предупреждава, че широкият достъп на пациентите може да отнеме още едно десетилетие или повече. С поглед към бъдещето лабораторията се насочва към по-широки приложения – от сензори, базирани на наноматериали, до терапии за лечение на рак.

Бактериална резистентност към антибиотици

Припомнете си, че учените са открили бактерии, замразени в древна подземна ледена пещера, които са устойчиви на 10 съвременни антибиотика. Въпреки рисковете, тези бактерии могат да помогнат за разработването на нови стратегии за предотвратяване на нарастването на антибиотичната резистентност, причинена от прекомерната употреба на лекарствата.

Може би ще се заинтересувате и от новините: