Links een klassiek medisch afbreekbaar plastic met een biofilm van micro-organismen, rechts het nieuwe materiaal.
Gregor Lang

Biomateriaal uit spinrag verhindert infecties en bevordert genezing

Onderzoekers onder leiding van de Universität Bayreuth hebben nieuwe biomaterialen ontwikkeld die het risico op infectie uitschakelen en de genezing bevorderen. De nieuwe materialen hebben een speciale nanostructuur en zijn gebaseerd op eiwitten uit spinrag. Ze verhinderen kolonisatie door bacteriën en schimmels en steunen proactief de regeneratie van menselijk weefsel. Volgens de onderzoekers zijn ze daarom ideaal als toekomstige coating voor implantaten, prothesen, contactlenzen en ook als wondpleisters. 

Het is een grotendeels onderschat risico op infecties: microben die zich vastzetten op het oppervlak van voorwerpen die onmisbaar zijn in medische therapieën of om de levenskwaliteit van patiënten te verbeteren.

Gaandeweg vormen de microben een dichte, vaak onzichtbare biofilm die niet makkelijk verwijderd kan worden, zelfs niet met schoonmaakmiddelen, en vaak zijn de micro-organismen resistent voor antiobiotica en antimycotica, schimmelwerende middelen. Bacteriën en schimmels kunnen dan migreren naar menselijk weefsel in de buurt en op die manier niet alleen de genezingsprocessen verstoren maar ook levensbedreigende infecties veroorzaken. 

Een wetenschappelijk team van de Universität Bayreuth en twee andere universiteiten in Duitsland zegt nu een oplossing voor dit probleem te hebben gevonden, dankzij een nieuwe benadering van het onderzoek. 

Ze gebruikten biotechnologisch geproduceerde proteïnen uit spinrag om een materiaal te ontwikkelen dat belet dat ziekteverwekkende microben zich vasthechten. Zelfs multiresistente streptokokken waren niet in staat zich op het oppervlak van dit materiaal te vestigen. Biofilms op medische instrumenten, prothesen, sportuitrusting, contactlenzen en andere alledaagse voorwerpen kunnen volgens de onderzoekers dan ook weldra verleden tijd zijn. Een biofilm is een dun laagje organisch materiaal dat zich ergens op vastzet. 

Bovendien zijn de biomaterialen zo ontworpen dat ze tegelijkertijd het vasthechten en de verspreiding van cellen van mensen en andere zoogdieren op hun oppervlak bevorderen. 

Als ze bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden voor wondverbanden, op implantaten of voor het vervangen van huid, ondersteunen ze proactief de regeneratie - het opnieuw aangroeien - van beschadigd of verloren weefsel. 

In tegenstelling tot andere materialen die gebruikt worden voor de regeneratie van weefsel, is bij deze materialen het risico op infecties intrinsiek uitgeschakeld, zeggen de onderzoekers. Coatings die resistent zijn voor microben zullen in de nabije toekomst dan ook beschikbaar worden voor verschillende biomedische en technische toepassingen, zo zeggen ze.   

Professor doctor ingenieur Gregor Lang onderzoekt besmettingen met microben met een rasterelektronenmicroscoop.
UBT / Christian Wißler.

Coatings en hydrogels

De onderzoekers hebben tot nu toe de microbe-werende functie getest op twee soorten materialen uit spinrag: op films en coatings die maar enkele nanometer dik zijn en op driedimensionele hydrogel-geraamtes die kunnen dienen als startpunt voor de regeneratie van weefsel.  

"Ons onderzoek heeft tot nu geleid tot een bevinding die absoluut baanbrekend is voor toekomstige onderzoeken. Meer bepaald is het zo dat de microbe-afstotende eigenschappen van de biomaterialen die we ontwikkeld hebben, niet gebaseerd zijn op giftige effecten, dat wil zeggen op effecten die cellen vernietigen. De doorslaggevende factor zit in structuren op nanometerschaal, die het oppervlak van het spinrag microbe-afstotend maken. Ze maken het onmogelijk voor ziekteverwekkers om zich vast te hechten aan deze oppervlakken", zei prof. dr. Thomas Scheibel. Scheibel is de leider van de afdeling Biomaterialen van de Universität Bayreuth en een van de auteurs van de studie over de nieuwe biomaterialen. 

"Een ander fascinerend aspect is dat de natuur opnieuw bewezen heeft dat ze het ideale rolmodel is voor zeer geavanceerde concepten voor materialen. Natuurlijk spinrag is zeer resistent aan besmetting met microben en het reproduceren van deze eigenschappen op een biotechnologische manier, beschouw ik als een doorbraak", zei prof. dr.-ing. Gregor Lang, het hoofd van de onderzoeksgroep Biopolymeerverwerking van de Universität Bayreuth en een van de twee hoofdauteurs van de nieuwe studie.  

Bij het onderzoek heeft het team van Bayreuth samengewerkt met onderzoekers van de Universität des Saarlandes en de Justus-Liebig-Universität Gießen. De studie is gepubliceerd in Materials Today. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de Universität Bayreuth.  

Meest gelezen