Insektenflügel inspirieren zu neuen Wegen zur Bekämpfung von Superbugs
Forscher enthüllen, wie Nanomaterialien Bakterien bei Kontakt abtöten können
Die Flügel von Zikaden und Libellen sind natürliche Bakterienkiller, ein Phänomen, das Forscher angespornt hat, nach Wegen zu suchen, um arzneimittelresistente Superbakterien zu besiegen.
Gewöhnliche Weißschwanzlibelle.
Public domain image by Christopher Johnson (Insects Unlocked, University of Texas at Austin)
Goldene Staphylokokkenbakterien, die von schwarzen Silizium-Nanonadeln, einer antibakteriellen Oberfläche, die von Insektenflügeln inspiriert ist, zerrissen und zerstört werden (Bild 30.000-fach vergrößert).
RMIT University
Es werden neue antibakterielle Oberflächen mit verschiedenen Nanomustern entwickelt, die die tödliche Wirkung von Insektenflügeln imitieren, aber die Wissenschaftler fangen erst an, die Geheimnisse ihrer Funktionsweise zu enträtseln.
In einem Bericht, der in Nature Reviews Microbiology veröffentlicht wurde, haben Forscher genau beschrieben, wie diese Muster Bakterien zerstören - indem sie sie dehnen, in Scheiben schneiden oder zerreißen.
Die Hauptautorin, Elena Ivanova, Distinguished Professor an der RMIT-Universität, sagte, dass es entscheidend sei, nicht-chemische Wege zur Abtötung von Bakterien zu finden, da jedes Jahr mehr als 700.000 Menschen an einer arzneimittelresistenten bakteriellen Infektion sterben.
"Die bakterielle Resistenz gegen Antibiotika ist eine der größten Bedrohungen für die globale Gesundheit, und die routinemäßige Behandlung von Infektionen wird immer schwieriger", sagte Ivanova.
"Wenn wir uns in der Natur nach Ideen umsehen, stellen wir fest, dass Insekten hochwirksame antibakterielle Systeme entwickelt haben.
"Wenn wir genau verstehen können, wie von Insekten inspirierte Nanomuster Bakterien töten, können wir diese Formen präziser konstruieren, um ihre Wirksamkeit gegen Infektionen zu verbessern.
"Unser ultimatives Ziel ist es, kostengünstige und skalierbare antibakterielle Oberflächen für den Einsatz in Implantaten und Krankenhäusern zu entwickeln, um leistungsfähige neue Waffen im Kampf gegen tödliche Superbakterien zu liefern".
Bakterientötende Oberflächen
Die Flügel von Zikaden und Libellen sind mit winzigen Nanosäulen bedeckt, die die ersten Nanomuster waren, die von Wissenschaftlern entwickelt wurden, um ihre bakterizide Wirkung nachzuahmen.
Seitdem haben sie auch andere Nanoformen wie Folien und Drähte präzise hergestellt, die alle darauf ausgerichtet sind, Bakterienzellen physikalisch zu schädigen.
Bakterien, die auf diesen Nanostrukturen landen, werden auseinander gezogen, gedehnt oder in Scheiben geschnitten, wodurch die bakterielle Zellmembran reißt und sie schließlich getötet werden.
Der neue Bericht kategorisiert zum ersten Mal die verschiedenen Arten, wie diese Oberflächen-Nanomuster die notwendigen mechanischen Kräfte zum Platzen der Zellmembran liefern.
"Unsere synthetischen biomimetischen Nanostrukturen unterscheiden sich erheblich in ihrer antibakteriellen Leistung, und es ist nicht immer klar, warum", sagte Ivanova.
"Wir haben auch darum gekämpft, die optimale Form und Dimension eines bestimmten Nanomusters auszuarbeiten, um seine tödliche Kraft zu maximieren.
"Während die synthetischen Oberflächen, die wir entwickelt haben, die Natur auf die nächste Stufe bringen, sehen wir selbst bei Libellen zum Beispiel, dass verschiedene Arten Flügel haben, die einige Bakterien besser abtöten können als andere.
"Wenn wir die Flügel im Nanomassstab untersuchen, sehen wir Unterschiede in der Dichte, Höhe und im Durchmesser der Nanosäulen, die die Oberflächen dieser Flügel bedecken, so dass wir wissen, dass es entscheidend ist, die Nanostrukturen richtig zu machen.
Ivanova sagte, dass die kostengünstige Herstellung von nanostrukturierten Oberflächen in großen Mengen, so dass sie in medizinischen oder industriellen Anwendungen eingesetzt werden könnten, eine Herausforderung bleibe.
Doch die jüngsten Fortschritte bei den Nanofabrikationstechnologien hätten sich als vielversprechend für die Eröffnung einer neuen Ära der biomedizinischen antimikrobiellen Nanotechnologie erwiesen, sagte sie.
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