Na większość bakterii odpowiedzialnych za tzw. zakażenia szpitalne leki służące do ich zwalczania już nie działają. Opracowywanie nowych formuł jest długie i żmudne. Naukowcy pracują zatem także nad nowymi sposobami zmniejszania ryzyka zakażeń. Jednym z nich jest stosowanie nanowarstw – cienkich warstw tlenków metali, które mogą stać się kamieniem milowym w walce z rozprzestrzenianiem się chorób bakteryjnych w placówkach medycznych. Być może już wkrótce powstanie idealna maseczka chirurgiczna, którą będzie można nosić bez obawy, że rozwiną się na jej powierzchni, w sprzyjającym wilgotnym środowisku, bakterie. Dzięki temu, że sprzęt ochrony osobistej będzie miał lepsze właściwości antybakteryjne, pacjenci będą mniej narażeni na zakażenia bakteryjne.

Nadmiar antybiotyków szkodzi

Badania przeprowadzone w USA wykazały, że 70% szczepów bakterii odpowiedzialnych za zakażenia szpitalne - czyli takie, które wykryto u pacjentów po 48 godzinach od przyjęcia do szpitala - jest odpornych na przynajmniej jeden antybiotyk przeznaczony do ich zwalczania. To poważny problem, który rodzi konieczność zwiększania nakładów finansowych przeznaczanych na zwalczanie infekcji bakteryjnych.

Nowe zastosowanie znanych powłok

Skoro bakterie świetnie radzą sobie z antybiotykami, warto zwrócić uwagę na inne sposoby ochrony przed ich zakażeniami w myśl zasady, że lepiej zapobiegać niż leczyć. Jednym z nich jest wykorzystanie nanowarstw. Badania nad ich antybakteryjnymi właściwościami prowadzi w Instytucie Medycyny Weterynaryjnej Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego  zespół dr. hab. Michała Godlewskiego, prof. SGGW. W projekcie uczestniczy także dr Anna Słońska-Zielonka z Zakładu Mikrobiologii, laureatka nagrody Lidera Innowacji w kategorii kobieta wynalazca.

Nanowarstwy to warstwy tlenków metali przejściowych o grubości kilkudziesięciu nanometrów. Dotąd wykorzystywano je w elektronice i do produkcji ogniw fotowoltaicznych. Okazało się jednak, że wykazują także właściwości antybakteryjne. Cała idea polega na tym, by stworzyć takie nanowarstwy, którymi będzie można pokrywać różne gotowe już produkty i dzięki temu eliminować lub znacznie ograniczać namnażanie się na nich i rozprzestrzenianie bakterii chorobotwórczych.

To innowacyjne rozwiązanie tworzenia powłok antybakteryjnych, które zabijają albo zatrzymują rozwój mikroorganizmów, może z sukcesem być stosowane do pokrywania produktów przemysłowych, medycznych, filtrów do uzdatniania wody, a także w przetwórstwie żywności, przy przygotowywaniu i pakowaniu - wyjaśnia dr A. Słońska-Zielonka. - Tą metodą będzie można pokrywać klamki w szpitalach, łóżka, elementy chirurgiczne (cewniki, implanty ortopedyczne), aby ograniczyć możliwość kontaminacji bateriami.

Stworzeniem nanowarstw zajęli się pracownicy Instytutu Fizyki PAN, z którymi współpracuje zespół dr. M. Godlewskiego. Oni też nanosili je na trójwymiarowe powierzchnie. W tym celu stosowali metodę ALD (atomic layer deposition), czyli osadzania nanowarstw w stosunkowo niskiej temperaturze. Dzięki niej można pokrywać nanowarstwami trójwymiarowe powierzchnie, także termowrażliwe, np. wykonane z papieru czy tkaniny (opatrunki, fartuchy laboratoryjne, maseczki chirurgiczne). Otrzymujemy wówczas na powierzchni włókien jednolitą warstwę, o której wiemy, że jest wytrzymała, a jednocześnie pokryty nią materiał nie traci swojej przewiewności. Co więcej - powłoka naniesiona nawet na plastik czy folię nie ściera się: po próbach wytrzymałościowych i wyginaniu surowca okazywało się, że nanowarstwy skutecznie pokrywają także takie struktury.

 

Szansa dla szpitali i przetwórców

Aby metoda mogła wejść do powszechnego użytku, naukowcy musieli wytypować najlepiej rokujące typy nanowarstw. I tu rozpoczynała się rola pracowników Instytutu Weterynarii. Dr Anna Słońska-Zielonka przeprowadzała badania biologiczne: Pokryliśmy nośniki nanowarstwą i określaliśmy, czy w kontakcie z daną bakterią dochodzi do zahamowania jej wzrostu. Okazało się, że właściwości bakteriobójcze i bakteriostatyczne wobec powszechnie występujących bakterii patogennych wykazują tlenki metali ziem rzadkich- tłumaczy. Spośród wszystkich tlenków naukowcy wybrali następnie te o najlepszych właściwościach antybakteryjnych. Utworzone z nich nanowarstwy mogłyby znaleźć zastosowanie w szpitalach, gdzie do zakażeń lekoopornymi bakteriami dochodzi bardzo często, ale także na klamkach w publicznych toaletach, na poręczach w autobusach i wszędzie tam, gdzie mogą znajdować się bakterie.

Oprócz medycznych zastosowań metoda może być też stosowana w przemyśle spożywczym, np. do pokrywania opakowań w celu ograniczenia zanieczyszczeń mikroorganizmami. Naniesienie nanowarstwy na wnętrze opakowania zapobiega reakcjom żywności z materiałem, z którego jest zrobione opakowanie i zapewnia stabilne warunki produktowi.

 

Jako sprzymierzeńcy w walce z koronawirusem

- Obecnie prowadzimy badania, których celem jest pokrywanie nanowarstwą tlenków metali przejściowych maseczek chirurgicznych - wyjaśnia dr Anna Słońska-Zielonka. - Nanowarstwy te mają potwierdzone działanie antybakteryjne, a długotrwałe noszenie maseczek sprawia, że bakterie (zarówno te, które stanowią naturalną biotę fizjologiczną skóry, jak i bakterie chorobotwórcze) mają doskonałe warunki do namnażania się.

Być może już wkrótce powstanie idealna maseczka chirurgiczna, którą będzie można nosić przez dłuższy czas, bez obawy, że na jej powierzchni rozwiną się bakterie, którym sprzyja nadmierna wilgoć. Jest to teraz szczególnie ważne, kiedy trwa pandemia spowodowana COVID-19 - ostrej choroby zakaźnej układu oddechowego wywołanej wirusem SARS-CoV-2, a sprzęt medyczny oraz wyposażenie ochrony osobistej wysokiej jakości są niezwykle cenne i poszukiwane.