Новые биоматериалы, разработанные в Университете Байройта, предотвращают колонизацию бактериями и грибками, а также активно способствуют регенерации тканей человека. Эти наноструктурированные материалы основаны на протеинах паучьего шелка, пишет new.eurekalert.org.

Новые биоматериалы, разработанные в Университете Байройта, устраняют риск заражения и облегчают процессы заживления. Исследовательской группе под руководством профессора доктора Томаса Шайбеля удалось объединить эти свойства материала, которые очень важны для биомедицины.

Эти наноструктурированные материалы основаны на протеинах паучьего шелка. Они предотвращают колонизацию бактериями и грибами, а также активно способствуют регенерации тканей человека. Поэтому они идеально подходят для имплантатов, перевязочных материалов, протезов, контактных линз и других средств повседневного использования.

Свою инновацию ученые представили в журнале Materials Today.

Риск заражения сильно недооценивается: микробы, оседающие на поверхности предметов, необходимы для лечения или для улучшения качества жизни в целом. Постепенно они образуют плотную, часто невидимую биопленку, которую нелегко удалить даже чистящими средствами, и которая часто устойчива к антибиотикам и антимикотикам. Затем бактерии и грибки могут мигрировать в прилегающие ткани организма. В результате они не только мешают различным процессам заживления, но даже могут вызывать опасные для жизни инфекции.

С помощью нового исследовательского подхода, ученые из Байройтского университета нашли решение этой проблемы. Используя биотехнологические белки шелка пауков, они разработали материал, предотвращающий адгезию патогенных микробов.

Даже стрептококки, устойчивые ко многим антибактериальным агентам (MRSA), не имеют шансов осесть на поверхности материала. Поэтому биопленки, растущие на медицинских инструментах, спортивном инвентаре, контактных линзах, протезах и других повседневных предметах, могут вскоре уйти в прошлое.

Более того, материалы предназначены для одновременного содействия адгезии и пролиферации человеческих клеток на их поверхности. Если их можно использовать, например, для повязок на раны, заменителей кожи или имплантатов они активно поддерживают регенерацию поврежденной или утраченной ткани. В отличие от других материалов, которые ранее использовались для регенерации тканей, риск инфицирования полностью исключен. Таким образом, в ближайшем будущем появятся устойчивые к микробам покрытия для различных биомедицинских и технических применений.

Исследователи из Байройта до сих пор успешно протестировали функцию отпугивания микробов на двух типах материалов из паучьего шелка: на пленках и покрытиях толщиной всего несколько нанометров и на трехмерных гидрогелевых каркасах, которые могут служить прекурсорами для регенерации тканей.

«Наши исследования на сегодняшний день привели к открытию, которое является абсолютно новаторским для будущей исследовательской работы. В частности, микроборепеллентные свойства разработанных нами биоматериалов не основаны на токсических, то есть не разрушающих клетки эффектах. Решающий фактор, скорее, заключается в структурах на нанометровом уровне, которые делают поверхности паучьего шелка отталкивающими для микробов. Они делают невозможным прикрепление патогенов к этим поверхностям», – объясняет профессор доктор Томас Шейбель – заведующий кафедрой биоматериалов в Байройтском университете.

«Еще один интересный аспект заключается в том, что природа еще раз доказала, что является идеальным образцом для подражания для передовых концепций материалов. Натуральный паучий шелк обладает высокой устойчивостью к микробным заражениям, и воспроизведение этих свойств биотехнологическим способом является прорывом», – добавляет профессор Грегор Лэнг – один из двух первых авторов и руководитель исследовательской группы по переработке биополимеров в Университете Байройта.

В лабораториях Байройта были специально разработаны белки паучьего шелка с различными наноструктурами, чтобы оптимизировать биомедицинские свойства для конкретных приложений. И снова сетевые исследовательские центры в кампусе Байройта доказали свою ценность.

Вместе с Баварским институтом полимеров (BPI) в этом исследовательском прорыве участвовали три других междисциплинарных исследовательских института Университета Байройта: Байройтский центр материаловедения и инженерии (BayMAT), Байройтский центр коллоидов и интерфейсов (BZKG), и Байройтский центр молекулярных биологических наук (BZKG).