Laboratorij za vede o okolju in življenju

Sinteza in karakterizacija biokompozitnih materialov na osnovi sporopolenina za doseganje večje učinkovitosti proti mikroorganizmom odpornim na antibiotike

Povzetek

Odpornost proti antibiotikom je eden največjih javno‐zdravstvenih izzivov našega časa. Vsako leto na milijone ljudi zboli za okužbo odporno na antibiotike, na tisoče pa jih tudi umre. Boj proti tej grožnji je prednostna naloga javnega zdravja, saj se po vsem svetu pojavljajo in širijo novi odporni mikroorganizmi, ki ogrožajo našo sposobnost zdravljenja pogostih nalezljivih bolezni, kar ima za posledico dolgotrajne bolezni, invalidnost in smrt. Posebno skrb povzročajo okužbe ran z mikroorganizmi, ki so odporni na zdravljenje s protimikrobnimi učinkovinami (npr. bakterije kot so E. coli, S. agalactiae, E. cloacae, P. aeruginosa, P. mirabilis, S. maltophilia, proti meticilinu odporni S. aureus (MRSA), in proti vankomicinu odporni Enterococcus spp. (VRE) ter gljive kot je Candida albicans), saj je odpornost proti antibiotikom pogosta težava pri kroničnih ranah, in eden od ključnih razlogov, da se lahko celjenje ran zavre, kar pa vodi v povečana tveganja obolevnosti in umrljivosti bolnikov. Zaradi tega so raziskave povezane z razvojem in uporabo učinkovitih metod zdravljenja kroničnih okuženih ran potrebne, da bi zmanjšali tveganje zaradi protimikrobne odpornosti.
Veliko raziskovalnih naporov je usmerjenih v razvoj protibakterijskih materialov, ki jih je mogoče uporabiti v vsakdanjem življenju in zaščititi javno zdravje. Med njimi posebno mesto zavzema razvoj novih boirazgradlivih in biokompatibilnih materialov, sintetiziranih iz obnovljivih surovin iz biomase. Takšni material veljajo za obetavne materiale, ki bi lahkonadomestili sintetične polimere. Tako njihov razvoj usmerjajo tudi trajnost, industrijska ekologija, ekološka učinkovitost in zelena kemija.
Cilj predlaganih raziskav je sinteza in karakterizacija novih biokompozitnih materialov za obloge za rane z biocidnim delovanjem proti mikroorganizmom, odpornim na antibiotike. Razviti želimo materiale, ki so v celoti sestavljeni iz biorazpoložljivih in obnovljivih naravnih materialov ter zagotavljajo zadostno trdnost in fleksibilnost, ter strukturo za vezavo antibiotikov pa tudi želeno poroznost za hitrejše celjenje ran. Naš namen je sintetizirati biokompozitne materiale na osnovi celuloze (CEL) in keratina (KER) ali hitosana (CS) z različno in nadzorovano poroznostjo in hitrostjo sproščanja zdravil. To bomo zagotovili z dodajanjem različnih količin sporopolenina, ki bo omogočil mikroenkapsulacijo antibiotikov (Cyprofloxacin, Ceftriaxone, Amoxicillin, Gentamicin) ter izboljšanje poroznosti materialov, ki je pomembna za difuzijo plinov in sproščanje antibiotikov. Materiale bomo pripravili na podlagi konceptov zelene kemije in procesa sinteze, ki omogoča recikliranje in bo osnovan na uporabi ionskih tekočin za raztapljanje uporabljenih biopolimerov CEL, KER ali CS.
Prvič nameravamo biokompozitne materiale z antibakterijsko učinkovitostjo proučevati z optotermično spektrometrijo na odklon žarka (BDS). Z določanjem poroznost sintetiziranih materialov bomo omogočili optimizacijo njihove sinteze ter njihovih lastnosti. To bo zahtevalo nadaljnjo optimizacijo BDS spektrometrije in njeno validacijo s primerjavo z drugimi obstoječimi metodami in z meritvami materialov z znanimi poroznostmi. Uporaba BDS ne bo omejena samo na določitev povprečnih lastnosti celotnega materiala, ampak tudi na raziskave podpovršinskih struktur in tridimenzionalno porazdelitev lastnosti materialov (poroznost, koncentracija antibiotikov), ki so ključnega pomena za trdnost in prožnost materiala ter za dobro protimikrobno aktivnost in hkratni dostop kisika do zdravljene rane, ki je bistvenega pomena za učinkovito delovanje oblog za rane in za uspešno celjenje.

Posnetek zrn sporopolenina na fluorescenšnem mikroskopu. Spodaj levo: Scabiosa stellata, fotografija. Podobnost je zgolj slučajna, zato za namig o izbiri akronima Scabiosa sledite povezavi.