Нано-нитрид бора VS антибиотик?

    Материаловеды - против инфекций: нанопленки нитрида бора заменят антибиотик при защите от воспалений бактериальной и грибковой природы

    Они представили антибактериальные нано-покрытия на основе нитрида бора, обладающие высокой эффективностью против микробных патогенов — до 99.99%. Разработка может стать безопасной альтернативой привычным антибиотикам в имплантологии, поскольку не имеют характерной для последних негативной "побочки". Результаты работы - в международном научном журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

    В мире существует не только коронавирус. Например, повсеместно увеличивается количество хирургических процедур, посему ученые вынуждены решать проблему микробных инфекций, вызванных, в частности, имплантатами (за которые отдельное спасибо доктору Знаменскому и профессору Бранемарку). Особенно серьезны эти осложнения при ортопедических и стоматологических операциях. При этом - не секрет, что сопутствующая медикаментозная терапия воспалений вокруг имплантатов часто приводит к побочным эффектам из-за характерных свойств антибиотиков, а также его высоких доз.

    Группа молодых ученые НИТУ «МИСиС» предложили нестандартное решение проблемы, исследовав взаимодействие устойчивых к антибиотику грамотрицательных бактерий Escherichia coli (E. coli) и нанопленки, состоящей из структурированной поверхности нитрида бора. Оказалось, что такое покрытие через 24 часа поражает 100% бактериальных клеток.

    «Гексагональный нитрид бора обладает комплексом уникальных физико-химических и механических свойств. В результате опытов мы выяснили, что особая специфическая структура наночастиц нитрида бора обеспечивает бактерицидный эффект, сравнимый с действием антибиотика: бактерии погибают в результате прямого физического контакта с особой игловидной поверхностью нано-пленки. При этом отсутствуют типичные для антибиотика побочные действия на ткани организма, а сам нитрид бора не вызывает цитотоксичность», — рассказала соавтор исследования, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Кристина Гудзь.

    Нанопленки нитрида бора на кремниевых подложках после синтеза
    Нанопленки нитрида бора на кремниевых подложках после синтеза

    Исследователи пошли дальше, и заполнили микро-поры тонкого покрытия нитрида бора антибиотиком гентамицином. В результате получился антибактериальный эффект за счет полного высвобождения лекарства за короткий начальный промежуток времени. При этом его доза оказалась на порядок меньше, чем при обычной инъекции.

    «Если брать в расчет среднюю массу пациента 60 кг, его суточная доза антибиотика составляет приблизительно 180 мг; при условии, что площадь имплантата, допустим, 30 см2 и учитывая, что в первые сутки из исследуемого нано-покрытия высвобождается 55 мкг антибиотика, получается, что предложенный метод предполагает в 100 раз меньше антибиотика, чем при стандартной инъекции», — добавила Кристина Гудзь.

    Соавторы разработки - молодые ученые НИТУ "МИСиС" Кристина Гудзь и Елизавета Пермякова (справа)
    Соавторы разработки - молодые ученые НИТУ "МИСиС" Кристина Гудзь и Елизавета Пермякова (справа)
    Процесс нанесения суспензии аморфного бора в воде на кремниевую подложку(подготовка образцов для синтеза)
    Процесс нанесения суспензии аморфного бора в воде на кремниевую подложку(подготовка образцов для синтеза)

    По словам авторов разработки, нанесение на имплантат антибактериальной пленки на основе наночастиц нитрида бора может свести к минимуму риск бактериального заражения за счет физических свойств самой поверхности, а также — в случае модификации антибиотиком — местной доставки минимального количества бактерицидного компонента без утяжеления имплантата.

    В настоящее время коллектив завершает исследования полученных покрытий in vitro, а также работает над оптимизацией способа нанесения покрытия для его перспективного применения.

    Ждем-с в аптеках:)

    НИТУ «МИСиС»
    Номер один в России по материаловедению

    Комментарии 11

      0
      Просто интересно — как скоро бактерии выработают резистентность к нему?
        0
        Насколько я понял, это покрытие и загрузка гентамицинов — времянка. Например покрыли имплант борнитридным покрытием (пористая структура) и окунули в гентамицин, потом вживили пациенту. Ну и дальше ожидают — что после операции комбинация гентамицин + модифицированный поверхностно имплант будут дольше сопротивляться бактериальным/грибковым инфекциям (за счет быстрого релиза антибиотика или другого компонента и дополнительной антибактериальной активности). Такая комбинация — стандартный ход, временная противобактериальная защита поверхности (и со временем противобактериальный эффект поверхности исчезнет). О реальном антибактериальном действии одной только поверхности или даже сравнимом эффекте от импланта модифицированным борнитридом, речи не идет, это заголовочный кликбейт вводит в заблуждение. Т.е. антибиотик — стандартный (к нему уже есть резистентные штаммы, куда без этого) но добавлено дополнительное пористое антибактериальное покрытие (которое немного активно само по себе), в поры которого загрузили антибиотик (который обеспечивает основную защиту).
        И да, такая поверхность рвет клетки за счет физических эффектов. Это давным давно известный эффект, можете погуглить про кожу акулы, например.
          +1
          Да, бактерицидная активность наноструктурированных поверхностей и их способности убивать бактерии посредством механического взаимодействия со стенками клеток ранее была продемонстрирована для различных материалов, таких как чёрный кремний, углеродные наноструктуры, наностержни из оксида цинка и меди. Однако, насколько авторам известно, бактерицидную активность наноструктурированных поверхностей и поверхностей, нагруженных антибиотиками, никогда не сравнивали.
          Поэтому они решили двигаться именно в этом направлении. Кроме того, остро стоит вопрос о цитотоксичности данных покрытий и их биосовместимости. К тому же если внимательнее изучить статью :), то можно увидеть, что антибактериальный эффект был продемонстрирован на не модифицированном(чистом) покрытии BN, даже после предварительной выдержки в физрастворе в течение 48 ч покрытие сохраняет антибактериальный эффект. В общем-то, в работе анализируется 6 типов покрытий. При более детальном изучении работы таких вопросов у Вас не возникнет.
            –1
            Да у меня не было никаких вопросов, я сразу оригинальную статью открыл, там все ясно, статья как статья, вполне интересно.
            бактерицидную активность наноструктурированных поверхностей и поверхностей, нагруженных антибиотиками, никогда не сравнивали
            Да ладно. Холостой/контрольный эксперимент называется, не? Секунда гугления, сразу находится полно статей со схожей идеей и холостыми экспериментами (и в библиографии вашей статьи, кстати, тоже есть). Область антибактериальных (антигрибковых) изучена очень хорошо и уже разработано огромное количество материалов, с наноструктурированной поверхностью в том числе (уже давно есть коммерческие материалы, если что).
            предварительной выдержки в физрастворе в течение 48 ч
            Это ни о чем, я бы удивился если бы что-то могло произойти в слабеньком растворе соли (тогда уж точно ни о какой публикации речи бы не шло). in vitro данные вообще не особо интересно обсуждать. Да и вообще, если идет речь про имплант, то интереснее смотреть активность против бактериальных (и грибковых) биопленок.
              0
              Ответ Кристины Гудзь:
              Вы путаете контрольный образец и отдельные эксперименты с наноструктурированным покрытием. Контрольный образец используется для анализа стабильности КОЕ.
              Кроме того, мы именно сравниваем бактерицидный эффект и анализируем преимущества снижения концентраций антибиотиков, используемых при медикаментозной терапии. Что касается предварительной выдержки, если проанализировать выход антибиотика, то можно заметить, что после 48 ч основная часть загруженного компонента была уже высвобождена. Однако покрытие продолжало оказывать бактерицидный эффект. Этот эксперимент проводился с целью анализа воздействия именно наноструктурированного покрытия в течение времени, независимо от внешних воздействий.
                –1
                Я честно перестал понимать испорченный телефон с вызовом знатоков. Конкретно я писал про цитату:
                бактерицидную активность наноструктурированных поверхностей и поверхностей, нагруженных антибиотиками, никогда не сравнивали
                Как я ее понял, что никогда ранее не было сравнения противобактериальной активности какой-либо модифицированной поверхности / против той же противобактериальной поверхности с настоящим антибиотиком в порах. Однако это не так, любой нормальный эксперимент по ингибированию (например, на чашках Петри), как минимум, включает в себя 1. blank (без какого-либо антибиотика, то что вы имеете в виду под контролем «стабильности КОЕ,»), 2. модифицированный субстрат или поверхность (это именно то, что я имел в виду) и 3. модифицированный субстрат (поверхность) с загруженным антибиотиком. Я не вижу ничего необычного, не нужно больше пояснений пожалуйста, в таком режиме, через промежуточные обсуждения с третьими сторонами, они только еще больше запутывают. Мне не нужны дополнительные многословные пояснения или ответы на незаданные вопросы, сущность работы «на пальцах», я уже раскрыл в первом комментарии. Спасибо за попытки что-то разъяснить (больше не нужно) и за новость.
      +1

      В данном случае бактерии погибают от физического контакта с покрытием h-BN. Наноструктуры покрытия (нанолистики и наноиголки) нарушают целостность клеточной мембраны, что приводит к ее гибели. Бактерии не смогут выработать резистентность, так как это физическая составляющая, а не химическая. В этом и есть преимущество данного покрытия.

        0

        Не вырабатывается резистентность? Ждём бронированные бактерии..

        0
        Браво, МИСИС… А автор материала погорячился насчёт аптек, если это не стёб.
          0

          Это шутка. В аптеках имплантаты не продаются. Пока еще;)

        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

        Самое читаемое