Фауна и флора - неисчерпаемый источник идей для исследователей в области биомедицины. Это особенно касается пауков, чей шелк естественным образом отталкивает патогенные микроорганизмы, что предотвращает колонизацию их паутины бактериями и грибками. Немецкие исследователи черпали в нем вдохновение для разработки новых нанобиоматериалов на основе белков шелка пауков, предотвращающих прикрепление к ним патогенных микроорганизмов и активно способствующих регенерации тканей. Эти материалы могут стать следующим поколением перевязочных материалов и протезов.
Новые биоматериалы, разработанные в Байройтском университете, устраняют риск инфицирования и облегчают процессы заживления. Исследовательской группе под руководством Томаса Шейбеля удалось объединить эти очень интересные для биомедицины свойства материалов. Эти наноструктурированные материалы основаны на протеинах шелка пауков.
Они предотвращают колонизацию бактериями и грибками, но в то же время активно помогают в регенерации тканей человека. Поэтому они идеально подходят для имплантатов, перевязочных материалов, протезов, контактных линз и других повседневных медицинских устройств. Исследователи представили свою инновацию в журнале Materials Today.
Материалы на основе протеинов шелка пауков: двойное репеллентное и регенерирующее действие
Это во многом недооцененный риск инфицирования: депонирование патогенных микроорганизмов на поверхности терапевтических объектов. Постепенно они образуют плотную, часто невидимую биопленку, которую трудно удалить даже с помощью чистящих средств, и часто она устойчива к антибиотикам и противогрибковым препаратам. Затем бактерии и грибки могут мигрировать в соседние ткани организма. В результате они не только мешают различным процессам заживления, но даже могут вызывать опасные для жизни инфекции.
Благодаря новому исследовательскому подходу исследователи из Байройтского университета нашли решение этой проблемы. Используя биотехнологически полученные белки шелка пауков, они разработали материал, предотвращающий прилипание патогенных микробов. Даже стафилококки, устойчивые к множественным антибактериальным агентам (MRSA), не имеют шансов осесть на поверхности материала. Таким образом, биопленки, растущие на медицинских инструментах, спортивном инвентаре, контактных линзах, протезах и других предметах повседневного обихода, вскоре могут быть уничтожены.
Кроме того, материалы предназначены для одновременного стимулирования адгезии и пролиферации клеток человека на своей поверхности. Если их можно будет использовать для повязок, кожных протезов или имплантатов, они будут активно поддерживать регенерацию поврежденных или утраченных тканей. В отличие от других материалов, ранее использовавшихся для регенерации тканей, риск инфекции изначально исключен. Таким образом, в ближайшем будущем ожидается появление устойчивых к микробам покрытий для различных биомедицинских и инженерных применений.
Связанная тема: TAspiders; у них чрезвычайно развито познание благодаря их паутине
Отталкивающий эффект, основанный на нанометрической структуре материалов
Исследователи из Байройта до сих пор успешно тестировали антимикроорганическую репеллентную функцию на двух типах материалов паутины: на пленках и покрытиях толщиной всего несколько нанометров и на трехмерных каркасах из гидрогеля, которые могут служить в качестве предшественники регенерации тканей.
«Наше исследование на сегодняшний день привело к абсолютно новаторскому открытию для будущих исследований в этой области. В частности, антипатогенные свойства разработанных нами биоматериалов не основаны на токсическом воздействии, т.е. недеструктивности клеток. Скорее решающий фактор заключается в структурах на нанометровом уровне, которые делают поверхность паутины отталкивающей для микробов. Они предотвращают прикрепление патогенов к этим поверхностям», - объясняет Томас Шейбель.
“Еще один интересный аспект заключается в том, что природа в очередной раз доказала, что является идеальной моделью для очень продвинутых концепций материалов. Натуральный шелк пауков обладает высокой устойчивостью к заражению патогенными микроорганизмами, и воспроизведение его свойств биотехнологическим путем является прорывом», - добавляет Грегор Ланг, глава исследовательской группы по переработке биополимеров в Университете Байройта.