科学家们报告说，使用由弹性蛋白模拟蛋白制成的抗菌涂层可以完全阻止细菌附着在表面上。一种赋予跳蚤弹跳能力的蛋白质被用来排斥细菌细胞，实验室结果显示该材料在防止医疗植入物感染方面的潜力。
一种赋予跳蚤弹跳能力的蛋白质被用来排斥细菌细胞，实验室结果显示该材料在防止医疗植入物感染方面的潜力。
由澳大利亚RMIT大学的研究人员领导的协作研究是首次报道使用由弹性蛋白模拟蛋白制成的抗菌涂层，以完全阻止细菌附着在表面上。
研究的首席作者Namita Roy Choudhury教授表示，这一发现是实现其创建智能表面的关键一步，这些表面可以阻止危险细菌，尤其是像MRSA这样的抗生素耐药菌在医疗植入物上生长。
“这项工作展示了这些涂层如何被调整以有效对抗细菌——不仅仅是短期的，更可能是长期的，”她说。
尽管进行了灭菌和感染控制，但细菌在手术后常会出现在植入物上。这可能导致需要抗生素的感染，但随着抗生素耐药性日益普遍，需要新的预防措施。
“抗生素耐药性引发了对自灭菌材料以及抗菌表面易于制备领域的更大兴趣，”Choudhury说。
“因此，我们设计了这种表面，以完全防止细菌的初始附着和生物膜形成，以降低感染率。”
Choudhury表示，潜在应用可能包括外科工具的喷涂涂层、医疗植入物、导管和伤口敷料。
弹性蛋白来拯救
弹性蛋白是一种在昆虫中发现的蛋白质，以其卓越的弹性而闻名——它使跳蚤能够在微秒内跳跃超过自己高度一百多倍——但它也是极其耐用且生物相容的。
“这些卓越的特性和无毒特性使弹性蛋白及其模拟蛋白非常适合许多需要灵活、耐用材料和涂层的应用，”Choudhury说。
“这些应用范围从组织工程和药物输送到柔性电子和运动器械，但这是首次发表的关于其作为抗菌涂层性能的研究。”
研究小组创建了几种改性弹性蛋白的涂层形式，然后在实验室条件下测试它们与大肠杆菌和人类皮肤细胞的相互作用。
研究表明，这些以纳米液滴形式存在的改性蛋白（称为聚合物胶囊）在排斥细菌方面具有100%的有效性，同时仍能很好地与健康人类细胞相结合，这是医疗植入物成功的关键部分。
来自RMIT的研究首席作者Nisal Wanasingha博士表示，纳米液滴的高表面积使它们尤其擅长与细菌相互作用并排斥细菌。
“一旦它们接触，涂层就会通过静电作用与带负电的细菌细胞膜相互作用，破坏其完整性，导致细胞内容物泄漏并最终导致细胞死亡，”他说。
Wanasingha表示，基于弹性蛋白的涂层不仅在阻止细菌附着在表面方面表现出100%的有效性，还有与传统方法相比的多个优势。
“与可能导致耐药性的抗生素不同，弹性蛋白涂层造成的机械破坏可能防止细菌建立耐药机制，”他说。
“同时，弹性蛋白的天然来源和生物相容性减少了在人类组织中出现不良反应的风险，并且作为蛋白质基的材料比基于银纳米颗粒的替代品更环保。”
下一步
研究合著者Naba Dutta教授表示，弹性蛋白模拟蛋白对刺激和环境变化高度响应，使其具有为许多功能调节的潜力。
“这些早期结果作为一种改善医院和其他医疗环境中感染控制的新方法非常有希望，但现在需要更多测试，以了解这些涂层在对抗更广泛的有害细菌方面的效果，”Dutta说。
“未来的工作包括在弹性蛋白模拟物的重组合成过程中连接抗菌肽段，并引入额外的抗菌剂以扩大活性谱。”
他补充说，从实验室研究转向临床使用将需要确保配方的稳定性和可扩展性，进行广泛的安全性和有效性试验，同时开发经济实惠的生产方法以便广泛分发。
这项研究与纳米尺度生物光子学卓越中心和澳大利亚核科学与技术组织（ANSTO）合作进行。
研究小组利用了ANSTO的澳大利亚中子散射中心设施，以及RMIT大学的微纳米研究设施和显微镜与微分析设施。
该项工作得到了澳大利亚印度战略研究基金、澳大利亚核科学与工程研究生研究奖（PGRA）支持，并受到澳大利亚研究委员会的支持。
