Крылья насекомых раскрывают антимикробные механизмы для улучшения медицинских имплантатов

Некоторые крылья насекомых, такие как у цикад и стрекоз, обладают наностолбиковыми структурами (нанопилярами), которые убивают бактерии при контакте. Однако до сих пор точные механизмы, вызывающие гибель бактерий, оставались неизвестными.

Используя ряд современных методов визуализации, функциональных анализов и протеомных исследований, учёные из Бристольского университета выявили новые способы, которыми нанопиляры могут повреждать бактерии.

Эти важные результаты, опубликованные в Nature Communications, помогут в разработке более эффективных антимикробных поверхностей для потенциального биомедицинского применения, например, медицинских имплантатов и устройств, не зависящих от антибиотиков.

Профессор биомедицинских материалов Бристольской стоматологической школы Бо Су, автор исследования, заявил:

"В этой работе мы стремились лучше понять механизмы бактерицидного действия, опосредованного нанопилярами. Существующая догма заключается в том, что нанопиляры убивают бактерии, прокалывая их клетки, что приводит к лизису. Однако наше исследование показывает, что антибактериальные эффекты нанопиляров на самом деле многофакторны и зависят от нанотопографии и вида бактерий.

Помимо деформации и последующего проникновения нанопиляров через бактериальную клеточную оболочку, особенно у грамотрицательных бактерий, мы обнаружили, что ключом к антибактериальным свойствам этих нанопиляров могут быть также кумулятивные эффекты физического препятствования и индукции окислительного стресса.

Мы надеемся, что теперь сможем перенести это расширенное понимание взаимодействий нанопиляров с бактериями в дизайн улучшенных биоматериалов для использования в реальных приложениях".

Исследование, финансируемое Советом по медицинским исследованиям (Medical Research Council), имеет далеко идущие последствия. Профессор Су поясняет:

"Теперь, когда мы понимаем механизмы, с помощью которых нанопиляры повреждают бактерии, следующий шаг — применить эти знания для рационального проектирования и создания наноструктурированных поверхностей с усиленными антимикробными свойствами.

Кроме того, мы исследуем реакцию стволовых клеток человека на эти нанопиляры, чтобы разработать по-настоящему клеточно-инструктивные имплантаты, которые не только предотвращают бактериальную инфекцию, но и способствуют интеграции с тканью".