Baktericidna nanorezila: preizkus bimodalnega mehanokemijskega odstranjevanja trdovratnih biofilmov

Biofilmi so kompleksni mikrobni ekosistemi, ki jih tvorijo bakterije obdane v lastni matriks zunajceličnih polimernih snovi, ki so povezane s površino. Biofilmi nudijo bakterijam več prednosti, kot so hidracija, pridobivanje virov, prebavna sposobnost in zaščita pred mehanskimi poškodbami in protimikrobnimi sredstvi. Bakterije lahko tvorijo biofilme na najrazličnejših materialih, vključno s steklom, aluminijem, nerjavnim jeklom, različnimi organskimi polimeri, fluoriranimi materiali, kot je Teflon ™, in na živih tkivih. Tvorba bakterijskih biofilmov negativno vpliva na številna področja, med drugim tudi na področju zdravstva, živilsko-predelovalne industrije, javne oskrbe z vodo in prezračevanja. Prisotnost biofilmov ogroža zdravje ljudi, saj je približno 80% kroničnih in ponavljajočih se mikrobnih okužb povezanih z biofilmi. Ker so biofilmi kompleksne skupnosti, njihove edinstvene lastnosti povečujejo možnost kemijske in fizične odpornosti na metode odstranjevanja biofilmov, ki so trenutno v uporabi. Kot odziv na trenutne težave, ki jih javnemu zdravstvu povzročajo biofilmi in rezistentne bakterije, predlagamo ta inovativni projekt, ki bo preučil nov koncept preprečevanja trdovratnih bakterijskih biofilmov s kombinacijo mehanskega razbijanja in baktericidnega delovanja. Novi koncept temelji na pretvorbi magnetne energije v rotacijsko gibanje nesferičnih magnetnih delcev (tj. baktericidnih nanorezil), kot so magnetne nanoploščice, nanopaličice, nanoverige in mikro paličice, ko so izpostavljeni vrtečemu se magnetnemu polju. Raziskali bomo na daljavo sproženi mehanski navor nesferičnih delcev, pritrjenih na biofilme, da preverimo, ali lahko mehanska motnja razprši trdovratne biofilme. Baktericidna komponenta bo zagotovljena s sproščanjem srebrovih ionov. Predvidevamo, da bo sila, ki se prenaša na daljavo, zadostna za sproščanje srebrovih ionov in ustvarjanje širokospektralnega protimikrobnega učinka za biomateriale, ki so v stiku z daljinsko vodenimi nanorezili. V predlaganem projektu bomo to strategijo preverili v različnih bakterijskih biofilmih, vključno z bakterijami, ki so zelo pomembne za zdravstveni sistem in živilsko industrijo. Projekt vsebuje številne inovativne in ambiciozne metodološke pristope, ki zahtevajo interdisciplinarno strokovno znanje. Zato smo ustanovili mednarodni konzorcij, ki združuje pet skupin: vodja projekta z Univerze v Ljubljani, Fakultete za farmacijo (FFA-Chem), dve skupini z Instituta Jožef Stefan (SLO-Nano in SLO-Bio) in dve skupini iz Švice (CH- Nano in CH Bio). Skupini vodje CH dr. Irene Milošević (CH-Nano) in dr. Slavka Kralja (SLO-Nano) bosta pristopili k sintezi nanodelcev in modelnih hidrogelov. Modifikacijo površine nanodelcev bo vodil vodja projekta SLO dr. Stane Pajk (FFA-Chem). Te funkcionalizirane nanodelce bosta nadalje raziskovali skupini dr. Jerice Sabotič (SLO-Bio) in dr. Mustapha Mekki (CH-Bio) z uporabo mikrobioloških pristopov. Skupini SLO-Bio in CH-Bio bosta preverili kemo-mehanski učinek baktericidnih nanorezil na biofilme bakterij, problematičnih za prehrambno industrijo (SLO-Bio) in zdravstveni sistem (CH-Bio). Zelo interdisciplinaren projekt z mednarodnim konzorcijem bosta povezovala prof. Stane Pajk (SLO) in prof. Irena Milošević (CH). Vsi partnerji bodo zagotovili učinkovito razširjanje rezultatov projekta ter identifikacijo in zaščito intelektualne lastnine ter zmanjšanje tveganja. Potrditev našega kemo-mehaničnega pristopa lahko močno vpliva na javno zdravje, saj lahko novi koncept spremeni paradigmo boja z biofilmi v živilski industriji in v zdravstvenem sistemu.