科學家研究蜘蛛絲新生物材料可預防感染,促進傷口癒合

2021-01-12 騰訊網

拜羅伊特大學開發的新生物材料可以消除感染的風險,並促進癒合過程。由ThomasScheibel教授領導的一個研究小組成功地將這些與生物醫學高度相關的材料特性結合起來。這些納米結構材料是以蜘蛛絲蛋白為基礎的。它們能防止細菌和真菌的定植,但同時也能主動地協助人類組織的再生。因此,它們是理想的植入物,傷口敷料,假體,隱形眼鏡,和其他日常輔助。科學家們在雜誌上展示了他們的創新成果。

這是一個被廣泛低估的感染風險:微生物沉降在物體表面,這是醫學治療和一般生活質量所不可缺少的。漸漸地,它們形成了一種緻密的、通常看不見的生物膜,即使是清洗劑也不能輕易去除,而且常常對抗生素和抗毒品產生抗藥性。細菌和真菌可以遷移到生物體的鄰近組織中。因此,它們不僅會干擾各種癒合過程,甚至會導致危及生命的感染。

通過一種新的研究方法,Bayreuth大學的科學家們現在已經找到了解決這個問題的方法。利用生物技術生產的蜘蛛絲蛋白,他們開發了一種防止病原微生物粘附的材料。即使是對多種抗菌藥物(MRSA)耐藥的鏈球菌,也沒有機會在材料表面沉降。因此,生長在醫療器械、運動設備、隱形眼鏡、假肢和其他日常用品上的生物膜可能很快就會成為歷史。

此外,這些材料的設計是為了同時幫助人類細胞在其表面的粘附和增殖。如果它們可以用於傷口敷料、皮膚置換或植入物,它們會主動支持受損或丟失組織的再生。與以前用於再生組織的其他材料不同,感染的風險在本質上被消除了。因此,用於各種生物醫學和技術應用的抗微生物塗層將在不久的將來面世。

到目前為止,Bayreuth的研究人員已經成功地測試了兩種蜘蛛絲材料的抑菌功能:一種是幾納米厚的薄膜和塗層,另一種是可以作為組織再生前驅物的三維水凝膠支架。「到目前為止,我們的研究已經得出了一個絕對開創性的發現,為未來的研究工作做了準備。特別是,我們開發的生物材料的微生物排斥特性並不是基於有毒的,即破壞細胞的效應。決定性因素在於納米級的結構,這種結構會使蜘蛛絲表面產生微生物排斥。它們使病原體不可能附著在這些表面上,」貝雷烏斯大學(University Of Bayreuth)生物材料教授託馬斯·謝貝爾(Thomas Scheibel)博士解釋道。他是貝雷烏斯大學(University Of Bayreuth)生物材料的主席。

「另一個引人入勝的方面是,大自然再次被證明是高度先進的材料概念的理想榜樣。天然蜘蛛絲對微生物侵擾具有很強的抵抗力,以生物技術的方式複製這些特性是一項突破,」博士補充道。格雷戈爾·朗是第一批作者之一,也是Bayreuth大學生物聚合物處理研究小組的負責人之一。

在Bayreuth實驗室,蜘蛛絲蛋白被專門設計成各種納米結構,以優化特定應用中與生物相關的特性。在Bayreuth校園的網絡研究設施再次證明了它們的價值。與巴伐利亞聚合物研究所(BPI)一起,拜羅伊特大學的另外三個跨學科研究機構參與了這一研究突破:

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