Το υλικό αρχίζει να “δουλεύει” κατά των μικροβίων κατόπιν εντολής.
Επιστήμονες ανακάλυψαν την ικανότητα του γραφενίου να καταστρέφει ανθεκτικά μικρόβια / photo depositphotos.com
Ερευνητές από το ελβετικό Ινστιτούτο Επιστήμης Υλικών Empa ανέπτυξαν εξαιρετικά λεπτές επικαλύψεις με βάση το γραφένιο, ικανές να εξουδετερώνουν επικίνδυνα νοσοκομειακά παθογόνα χρησιμοποιώντας μόνο υπέρυθρο φως. Κατά τη διάρκεια δοκιμών, το υλικό κατέστρεψε σχεδόν όλα τα ίχνη ενός ανθεκτικού στα φάρμακα βακτηριακού στελέχους και πάνω από το 90% ενός άλλου. Η έρευνα θα μπορούσε να αλλάξει τα δεδομένα στον παγκόσμιο αγώνα κατά της ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά, γράφει το Iindian Defence Review.
Σημειώνεται ότι η απειλή που συνιστούν τα ανθεκτικά στα φάρμακα μικρόβια δεν είναι πλέον μια μακρινή προειδοποίηση, έχει ήδη γίνει κρίση. “Τα παραδοσιακά αντιβιοτικά χάνουν έδαφος έναντι ενός αυξανόμενου αριθμού παθογόνων μικροοργανισμών και οι υπάρχουσες αντιμικροβιακές επικαλύψεις που χρησιμοποιούνται σε ιατρικές συσκευές έχουν τα δικά τους προβλήματα, από αλλεργικές αντιδράσεις έως περιορισμένη αποτελεσματικότητα έναντι των ιών”, αναφέρει το άρθρο.
Οι ερευνητές της Empa πιστεύουν ότι τα νανοϋλικά προσφέρουν μια διέξοδο. Το Εργαστήριο Νανοϋλικών, με επικεφαλής τον Peter Vick, μελετά την αλληλεπίδραση εξειδικευμένων υλικών με το ανθρώπινο σώμα για περισσότερες από δύο δεκαετίες. Η ομάδα του δημιουργεί μια νέα κατηγορία αντιμικροβιακών τεχνολογιών που μπορούν να ενεργοποιούνται και να απενεργοποιούνται με το φως.
Μια νέα γενιά επικαλύψεων που δημιουργούνται από γραφένιο
Το γραφένιο, ένα παράγωγο του άνθρακα που αποτελείται από ένα μόνο ατομικό στρώμα, έχει εργαστεί εκτενώς στο τσεχικό Πανεπιστήμιο Palacky στο Olomouc. Από εκεί, ένας από τους χημικούς, ο Giacomo Reina, εντάχθηκε στο πρόγραμμα του εργαστηρίου.
Το υλικό που προκύπτει συνδυάζει το οξείδιο του γραφενίου με την πολυβινυλική αλκοόλη, ένα πλαστικό που συναντάται συνήθως στη βιομηχανία τροφίμων. Η επίστρωση είναι τόσο λεπτή που είναι αόρατη με γυμνό μάτι. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να εφαρμοστεί σε ιατρικό εξοπλισμό χωρίς να αλλοιώσει την εμφάνισή του. Η Reina έχει συνθέσει τέσσερις διαφορετικές φόρμουλες, κάθε μία από τις οποίες έχει σχεδιαστεί για να βελτιώνει ορισμένες ιδιότητες. Όπως σημειώνει, πιστεύεται ότι πρόκειται για τις πρώτες αντιμικροβιακές επικαλύψεις με βάση το γραφένιο.
Σύμφωνα με τον Reina, τα νανοϋλικά δεν πρέπει να είναι μόνο αντιμικροβιακά, αλλά και συμβατά με τους ιστούς, φιλικά προς το περιβάλλον και χημικά σταθερά – ένας συνδυασμός που οι υπάρχουσες μεταλλικές επιστρώσεις που χρησιμοποιούν άργυρο, χαλκό ή διοξείδιο του τιτανίου δεν έχουν μέχρι στιγμής καταφέρει να προσφέρουν πλήρως.Πώς το φως μετατρέπει μια επίστρωση σε παράγοντα που σκοτώνει τα μικρόβια
Ο μηχανισμός της αντιμικροβιακής δράσης του υλικού έγκειται σε μια ακριβή αλυσιδωτή αντίδραση. Όταν εκτίθεται σε εγγύς υπέρυθρο φως, η επίστρωση θερμαίνεται σε περίπου 44 βαθμούς Κελσίου. Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, η θερμότητα αυτή αποδυναμώνει τα μικρόβια. Αλλά το πιο σημαντικό αποτέλεσμα είναι χημικής φύσης: το φως πυροδοτεί μια αντίδραση μεταξύ του νανοϋλικού και του περιβάλλοντος οξυγόνου, σχηματίζοντας εξαιρετικά αντιδραστικά μόρια, γνωστά ως ρίζες οξυγόνου, που επιτίθενται και βλάπτουν τις βακτηριακές επιφάνειες.
Το πιο σημαντικό είναι ότι το υπέρυθρο φως μπορεί να διεισδύσει μέσα από τον ιστό του σώματος σε βάθος έως και δύο εκατοστών, επιτρέποντας την ενεργοποίηση της επίστρωσης του εμφυτεύματος από το εξωτερικό. Το αντιμικροβιακό αποτέλεσμα είναι επίσης προσαρμόσιμο. Όπως εξηγεί ο Reyna, η αντίδραση μπορεί να ενεργοποιηθεί και να απενεργοποιηθεί ή η έντασή της μπορεί να ρυθμιστεί απλά ελέγχοντας την ποσότητα της φωτεινής ενέργειας που εφαρμόζεται. Η αντικατάσταση των υπέρυθρων λαμπτήρων με λέιζερ παρέχει ακόμη μεγαλύτερη χειρουργική ακρίβεια.
Οι δοκιμές στο εργαστήριο επιβεβαίωσαν την αποτελεσματικότητα της προσέγγισης: το πρώτο από τα τέσσερα υλικά σκότωσε σχεδόν το 100 τοις εκατό του ενός βακτηριακού στελέχους και περίπου το 91 τοις εκατό του άλλου, κάτι που σύμφωνα με την ομάδα είναι ανώτερο από τις επικαλύψεις με βάση το ασήμι που χρησιμοποιούνται σήμερα στην κλινική πρακτική.
Οδοντικά εμφυτεύματα ως πρώτη δοκιμή στον πραγματικό κόσμο
Μετά την απόδειξη της έννοιας, η ομάδα επικεντρώνεται τώρα σε ένα συγκεκριμένο και πιεστικό ιατρικό πρόβλημα: τις λοιμώξεις που προκαλούνται από τα οδοντικά εμφυτεύματα, οι οποίες σε σοβαρές περιπτώσεις μπορούν να εξαπλωθούν στη γνάθο ή σε όλο το σώμα. Η διδακτορική φοιτήτρια Paula Bürgisser, η οποία ξεκίνησε την εκπόνηση της διατριβής της το καλοκαίρι του 2025, ηγείται αυτής της ερευνητικής γραμμής υπό την κοινή επίβλεψη του Wieck και του καθηγητή Roland Jung από το Κέντρο Οδοντιατρικής του Πανεπιστημίου της Ζυρίχης.
Η ιδέα είναι απλή. Σύμφωνα με την ομάδα, το τμήμα του οδοντικού εμφυτεύματος που έρχεται σε επαφή με τον ιστό των ούλων θα επικαλύπτεται εκ των προτέρων με ένα νανοϋλικό. Μόλις τοποθετηθεί το εμφύτευμα, εφαρμόζεται φως στην επιφάνεια για την απομάκρυνση των μικροβίων. Η θεραπεία μπορεί στη συνέχεια να επαναλαμβάνεται κατά τη διάρκεια των συνήθων ελέγχων ή όποτε εμφανίζεται μόλυνση. Οι δοκιμές δείχνουν ότι το υλικό διατηρεί τις αντιμικροβιακές του ιδιότητες μέσω επανειλημμένης επανενεργοποίησης χωρίς να υποβαθμίζεται.
Ωστόσο, ο δρόμος προς την κλινική εφαρμογή παραμένει μακρύς. Η ομάδα στοχεύει να προσελκύσει έναν εταίρο του ιδιωτικού τομέα εντός τριών έως τεσσάρων ετών για να ξεκινήσει κλινικές δοκιμές, αλλά ο Vick προειδοποιεί ότι η ευρεία πρόσβαση των ασθενών θα μπορούσε να απέχει άλλη μια δεκαετία ή και περισσότερο. Κοιτάζοντας προς το μέλλον, το εργαστήριο στοχεύει σε ευρύτερες εφαρμογές, από αισθητήρες που βασίζονται σε νανοϋλικά μέχρι θεραπείες για τον καρκίνο.
Αντοχή των βακτηρίων στα αντιβιοτικά
Υπενθυμίζεται ότι οι επιστήμονες ανακάλυψαν βακτήρια που έχουν παγώσει σε μια αρχαία υπόγεια σπηλιά με πάγο, τα οποία είναι ανθεκτικά σε 10 σύγχρονα αντιβιοτικά. Παρά τους κινδύνους, τα βακτήρια αυτά μπορεί να βοηθήσουν στην ανάπτυξη νέων στρατηγικών για την πρόληψη της αύξησης της αντοχής στα αντιβιοτικά που προκαλείται από την υπερβολική χρήση των φαρμάκων.
Πώς μπορεί το γραφένιο να αλλάξει την προσέγγιση μας στην καταπολέμηση των ανθεκτικών μικροβίων;