Μια πρωτεΐνη που δίνει στις ψύλλους τη δυνατότητα να πηδούν χρησιμοποιήθηκε για την εξάλειψη βακτηριακών κυττάρων, με εργαστηριακά αποτελέσματα να αποδεικνύουν το δυναμικό του υλικού για την πρόληψη μολύνσεων σε ιατρικά εμφυτεύματα.
Η συνεργατική μελέτη που διεξήχθη από ερευνητές του Πανεπιστημίου RMIT στην Αυστραλία είναι η πρώτη αναφορά χρήσης αντιβακτηριακών επικαλύψεων κατασκευασμένων από πρωτεΐνες που μιμούνται τη ρεζιλίνη για την πλήρη παρεμπόδιση της προσκόλλησης βακτηρίων σε μια επιφάνεια.
Η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, καθηγήτρια Namita Roy Choudhury, δήλωσε ότι η ανακάλυψη αυτή αποτελεί ένα κρίσιμο βήμα προς την επίτευξη του στόχου τους, που είναι η δημιουργία "έξυπνων" επιφανειών που εμποδίζουν την ανάπτυξη επικίνδυνων βακτηρίων, ειδικά των ανθεκτικών στα αντιβιοτικά, όπως το MRSA, στα ιατρικά εμφυτεύματα.
«Η εργασία αυτή δείχνει πώς αυτές οι επικαλύψεις μπορούν να προσαρμοστούν για να καταπολεμήσουν αποτελεσματικά τα βακτήρια, όχι μόνο βραχυπρόθεσμα, αλλά πιθανώς και μακροπρόθεσμα», δήλωσε.
Τα βακτήρια βρίσκονται συχνά στα εμφυτεύματα μετά από χειρουργικές επεμβάσεις, παρά την αποστείρωση και τους ελέγχους για λοιμώξεις. Αυτά μπορούν να οδηγήσουν σε λοιμώξεις που απαιτούν αντιβιοτικά, αλλά με την ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά να γίνεται όλο και πιο συχνή, χρειάζονται νέα προληπτικά μέτρα.
«Η ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά έχει προκαλέσει μεγαλύτερο ενδιαφέρον στον τομέα των αυτοαποστειρωμένων υλικών και της εύκολης προετοιμασίας αντιβακτηριακών επιφανειών», δήλωσε η Choudhury.
«Επομένως, σχεδιάσαμε αυτή την επιφάνεια για να αποτρέψουμε εντελώς την αρχική προσκόλληση των βακτηρίων και το σχηματισμό βιοφίλμ, ώστε να μειωθούν τα ποσοστά μόλυνσης».
Η Choudhury είπε ότι οι πιθανές εφαρμογές θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν επιστρώσεις με σπρέι για χειρουργικά εργαλεία, ιατρικά εμφυτεύματα, καθετήρες και επιδέσμους τραυμάτων.
Η "πολυτάλαντη" ρεζιλίνη
Η ρεζιλίνη, μια πρωτεΐνη που βρίσκεται στα έντομα, είναι γνωστή για την αξιοσημείωτη ελαστικότητά της - επιτρέπει στις ψύλλους να πηδούν πάνω από εκατό φορές το ύψος τους σε μικροδευτερόλεπτα - αλλά είναι επίσης εξαιρετικά ανθεκτική και βιοσυμβατή.
«Αυτές οι εξαιρετικές ιδιότητες και η μη τοξική φύση της κάνουν τη ρεζιλίνη και τις πρωτεΐνες που μιμούνται τη ρεζιλίνη ιδανικές για πολλές εφαρμογές που απαιτούν εύκαμπτα, ανθεκτικά υλικά και επικαλύψεις», δήλωσε η Choudhury.
«Αυτές οι εφαρμογές κυμαίνονται από τη μηχανική ιστών και τη χορήγηση φαρμάκων έως τα εύκαμπτα ηλεκτρονικά και τον αθλητικό εξοπλισμό, αλλά αυτή είναι η πρώτη εργασία που δημοσιεύεται σχετικά με την απόδοσή της ως αντιβακτηριακή επικάλυψη».
Η ομάδα δημιούργησε διάφορες μορφές επικάλυψης από τροποποιημένες μορφές ρεζιλίνης και στη συνέχεια εξέτασε τις αλληλεπιδράσεις τους με βακτήρια E.coli και ανθρώπινα κύτταρα του δέρματος σε εργαστηριακές συνθήκες.
Η μελέτη έδειξε ότι οι τροποποιημένες πρωτεΐνες σε μορφή νανοσταγονιδίων ήταν 100% αποτελεσματικές στην απώθηση των βακτηρίων, ενώ παράλληλα ενσωματώνονταν καλά με τα υγιή ανθρώπινα κύτταρα, ένα κρίσιμο στοιχείο για την επιτυχία των ιατρικών εμφυτευμάτων.
Ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης από το RMIT, Δρ Nisal Wanasingha, δήλωσε ότι η μεγάλη επιφάνεια των νανοσταγονιδίων τα καθιστά ιδιαίτερα αποτελεσματικά στην αλληλεπίδραση με τα βακτήρια και στην απώθησή τους.
«Μόλις έρθουν σε επαφή, η επίστρωση αλληλεπιδρά με τις αρνητικά φορτισμένες κυτταρικές μεμβράνες των βακτηρίων μέσω ηλεκτροστατικών δυνάμεων, διαταράσσοντας την ακεραιότητά τους, με αποτέλεσμα τη διαρροή του κυτταρικού περιεχομένου και τελικά τον θάνατο των κυττάρων», είπε.
Ο Wanasingha είπε ότι οι επικαλύψεις με βάση τη ρεζιλίνη όχι μόνο έδειξαν 100% αποτελεσματικότητα στην αποτροπή της προσκόλλησης των βακτηρίων στην επιφάνεια, αλλά επίσης προσέφεραν πολλά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους.
«Σε αντίθεση με τα αντιβιοτικά, τα οποία μπορούν να οδηγήσουν σε μικροβιακή αντοχή, η μηχανική διαταραχή που προκαλείται από τις επικαλύψεις ρεζιλίνης μπορεί να αποτρέψει τα βακτήρια από το να αναπτύξουν μηχανισμούς αντοχής», είπε.
«Ταυτόχρονα, η φυσική προέλευση και η βιοσυμβατότητα της ρεζιλίνης μειώνουν τον κίνδυνο ανεπιθύμητων αντιδράσεων στους ανθρώπινους ιστούς και, καθώς είναι βασισμένη σε πρωτεΐνες, είναι πιο φιλική προς το περιβάλλον από τις εναλλακτικές λύσεις που βασίζονται σε νανοσωματίδια αργύρου».
Επόμενα βήματα
Ο συν-συγγραφέας της μελέτης, καθηγητής Naba Dutta, δήλωσε ότι η πρωτεΐνη που μιμείται τη ρεζιλίνη είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη σε ερεθίσματα και αλλαγές στο περιβάλλον της, γεγονός που την καθιστά δυνητικά προσαρμόσιμη σε πολλές λειτουργίες.
«Αυτά τα πρώτα αποτελέσματα είναι πολύ ελπιδοφόρα ως νέος τρόπος για τη βελτίωση του ελέγχου των λοιμώξεων σε νοσοκομεία και άλλα ιατρικά περιβάλλοντα, αλλά τώρα χρειάζονται περισσότερες δοκιμές για να δούμε πώς λειτουργούν αυτές οι επικαλύψεις έναντι ενός ευρύτερου φάσματος επιβλαβών βακτηρίων», δήλωσε ο Dutta.
«Οι μελλοντικές εργασίες περιλαμβάνουν την προσάρτηση αντιμικροβιακών πεπτιδικών τμημάτων κατά τη διάρκεια της ανασυνδυασμένης σύνθεσης των μιμητικών ρεζιλίνης και την ενσωμάτωση πρόσθετων αντιμικροβιακών παραγόντων για τη διεύρυνση του φάσ
Η μετάβαση από την εργαστηριακή έρευνα στην κλινική χρήση θα απαιτήσει τη διασφάλιση της σταθερότητας και της επεκτασιμότητας της φόρμουλας, τη διεξαγωγή εκτεταμένων δοκιμών ασφάλειας και αποτελεσματικότητας, καθώς και την ανάπτυξη προσιτών μεθόδων παραγωγής για ευρεία διανομή, πρόσθεσε.
