Nye biomaterialer udviklet ved University of Bayreuth kan eliminere risikoen for infektion og lette helingsprocesser. Et forskerhold ledet af prof. Dr. Thomas Scheibel er lykkedes med at kombinere disse materialeegenskaber, som er yderst relevante for biomedicin. Disse nanostrukturerede materialer er baseret på edderkoppesilkeproteiner. De forhindrer kolonisering af bakterier og svampe, men hjælper samtidig proaktivt med regenereringen af menneskeligt væv. De er derfor ideelle til implantater, sårforbindinger, proteser, kontaktlinser og andre hverdagshjælpemidler. Forskerne har præsenteret deres innovation i tidsskriftet Materials Today.
Det er en vidt undervurderet risiko for infektion: Mikrober, der sætter sig på overfladen af genstande, der er uundværlige i medicinsk terapi eller for livskvalitet generelt. Efterhånden danner de en tæt, ofte usynlig biofilm, som ikke let kan fjernes, selv med rengøringsmidler, og som ofte er resistent over for antibiotika og antimykotika. Bakterier og svampe kan derefter vandre ind i organismens tilstødende væv. Som et resultat forstyrrer de ikke kun forskellige helingsprocesser, men kan endda forårsage livstruende infektioner.
Med en ny forskningstilgang har forskere fra University of Bayreuth nu fundet en løsning på dette problem. Ved hjælp af bioteknologisk fremstillede edderkoppesilkeproteiner har de udviklet et materiale, der forhindrer vedhæftning af patogene mikrober. Selv streptokokker, der er resistente over for flere antibakterielle midler (MRSA), har ingen chance for at sætte sig på materialets overflade. Biofilm, der vokser på medicinske instrumenter, sportsudstyr, kontaktlinser, proteser og andre hverdagsgenstande kan derfor snart være historie.
Yderligere er materialerne designet til samtidig at hjælpe med adhæsion og spredning af menneskelige celler på deres overflade. Hvis de kan bruges til f.eks. sårforbindinger, huderstatning eller implantater, understøtter de proaktivt regenereringen af beskadiget eller tabt væv. I modsætning til andre materialer, der tidligere har været brugt til at regenerere væv, er risikoen for infektion i sig selv elimineret. Mikrobiel-resistente belægninger til en række biomedicinske og tekniske anvendelser er således indstillet til at blive tilgængelige i den nærmeste fremtid.
Bayreuth-forskerne har hidtil med succes testet den mikrobeafvisende funktion på to typer edderkoppesilkematerialer: på film og belægninger, der kun er nogle få nanometer tykke og på tredimensionelle hydrogelstilladser, der kan tjene som forløbere for vævsregenerering."Vores undersøgelser til dato har ført til et fund, der er absolut banebrydende for fremtidigt forskningsarbejde. Især er de mikrobeafvisende egenskaber af de biomaterialer, vi har udviklet, ikke baseret på toksiske, dvs. ikke celleødelæggende, effekter. Den afgørende faktor ligger snarere i strukturer på nanometerniveau, som gør edderkoppesilkeoverfladerne mikrobeafvisende. De gør det umuligt for patogener at binde sig til disse overflader," forklarer prof. Dr. Thomas Scheibel, der er formand for Biomaterialer ved University of Bayreuth.
"Et andet fascinerende aspekt er, at naturen igen har vist sig at være den ideelle rollemodel for meget avancerede materialekoncepter. Naturlig edderkoppesilke er meget modstandsdygtig over for mikrobiel angreb, og reproduktionen af disse egenskaber på en bioteknologisk måde er en pause -gennem," tilføjer prof. Dr.-Ing. Gregor Lang, en af de to første forfattere og leder af forskningsgruppen for Biopolymer Processing ved University of Bayreuth.
I Bayreuth-laboratorierne blev edderkoppesilkeproteiner specifikt designet med forskellige nanostrukturer for at optimere biomedicinsk relevante egenskaber til specifikke anvendelser. Endnu en gang har de netværksforbundne forskningsfaciliteter på Bayreuth-campus bevist deres værd. Sammen med Bavarian Polymer Institute (BPI) var tre andre tværfaglige forskningsinstitutter ved University of Bayreuth involveret i dette forskningsgennembrud: Bayreuth Center for Material Science & Engineering (BayMAT), Bayreuth Center for Colloids & Interfaces (BZKG), og Bayreuth Center for Molecular Biosciences (BZKG).
