Grafenové vločky mohou ochránit implantáty před bakteriemi

Grafen je úžasný nanomateriál, který v dnešní době proniká do mnoha rozmanitých výzkumných projektů i aplikací. Obvykle je užitečný a prospěšný, ale dovede být také pěkně vražedný. Přinejmenším pro bakterie.

Jak nedávno zjistil tým švédské techniky Chalmers tekniska högskola v Göteborgu, tenká vrstva grafenových vloček se může stát smrtící zbraní, která zabíjí bakterie a může bojovat s infekcemi při vkládání implantátů a podobných zákrocích.

Operací implantátů, jako je vkládání umělých kyčelních kloubů, kolen nebo třeba náhradních zubů, probíhá stále víc. Podobné zákroky ale zároveň vždy přinášejí určité riziko bakteriální infekce. Podle nejhoršího scénáře se může stát, že se implantát nespojí s kostní či jinou tkání pacienta, a je nutné ho následně odstranit.

Bakterie jsou všudypřítomné a je velmi těžké ji zabránit ve vstupu. V těle cestují v kapalinách jako je krev a hledají vhodná místa, kde by se mohly přichytit. Jakmile se jim to podaří, tak se začnou intenzivně množit a často si vytvářejí ochranný štít v podobě biofilmu. V té chvíli už s bakteriemi pohne jenom máloco.

Proto by bylo účinným řešením k ochraně implantátů zabránit bakteriím, aby se na nich vůbec mohly usazovat. Tým Chalmers prokázal, že takovou ochranu velmi dobře poskytuje vrstva vertikálně uspořádaných vloček grafenu. Vytvářejí ochranný povrch, na němž se bakterie podle všeho nemohou přichytit. Namísto toho je ostré vločky často rozkrájí na kousky, což je pro bakterie fatální.

Pokud by byly implantáty potažené podobnou vrstvou s grafenovými vločkami, tak by to pacientům mohlo přinést celou řadu výhod. Taková vrstva ochrání pacienta před infekcí na implantátu, omezí potřebu užívat antibiotika, a rovněž sníží riziko odmítnutí implantátu tělem pacienta. Zároveň se ukazuje, že nedojde k narušení zabudovávání implantátu do tkání pacienta. Ve skutečnosti je to zřejmě naopak. Grafenová vrstva prospívá kontaktu implantátu s buňkami kostní tkáně.

Použití grafenu pro podobné účely se zkoumá již delší dobu. Dosavadní studie přinesly rozporuplné výsledky. V některých případech vycházelo, že grafen potlačuje růst bakterií, jindy zase neměl na bakterie vliv.

Santosh Pandit a jeho spolupracovníci zjistili, že klíčová je orientace grafenových vloček. Když jsou uspořádané horizontálně, tak bakteriím nic podstatného neudělají. S vertikálními grafenovými vločkami je to ale úplně jiné. Zároveň se ukázalo, že vertikální grafenové vločky nepoškozují lidské buňky. Má to jednoduchý důvod. Jedna bakterie má obvykle průměr kolem 1 mikrometru, zatímco lidská buňka tak asi 25 mikrometrů. Proto jsou grafenové vločky pro bakterie jako vražedné čepele, zatímco pro buňky lidského těla jsou spíše příjemným hřebínkem.

Autoři studie nepochybují o tom, že grafen má v medicíně ohromný potenciál. Zároveň ale uznávají, že bude ještě nutné důkladně prozkoumat působení grafenu v lidském organismu, než bude možné ho prohlásit za bezpečný. Odborníci například vědí, že se grafen v lidském těle neodbourává úplně snadno. Také se ukazuje, že grafenové čepele zabíjejí i užitečné bakterie. To by ale neměl být takový problém, protože lidský mikrobiom většinou nepřijde s implantátem do styku.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Původní zdroj:

Advanced Materials Interfaces

Sekundární zdroj:

Chalmers University of Technology