Ученым удалось создать новый тип антибактериальной поверхности из металлорганических каркасов. Разработка разрывает оболочку бактерий, предотвращая образование биопленки.
Бактерии могут не только проникать внутрь живых организмов, но еще и прекрасно сохраняться на различных предметах и поверхностях. Независимо от того, где именно находится колония, она образует плотную биопленку, которая защищена слизью. И если такая пленка покрыла клетку, то антибиотикам будет сложно уничтожить «врага» — это может стать причиной развития хронической инфекции.
В природе у некоторых животных существует броня, которая может уничтожать опасные бактерии. Например, структура кожи гекконов способна быстро убивать мягкостенные грамотрицательные бактерии, она также обладает водоотталкивающим и самоочищающимся эффектом. Как бы эту способность перенять людям? Ученые давно работают над этим вопросом.
Так родилась идея создать металлорганические каркасы (MOF), которые собираются из ионов металлов и органических связок, подобно конструктору. Особый класс пористых металлов обладает необычной молекулярной архитектурой, которая содержит «комнаты» для химических реакций. За это открытие Сусуму Китагава, Ричард Робсон и Омар Яги были удостоены Нобелевской премии по химии 2025 года.
Первые эксперименты начались еще в 1989 году. Ученый Ричард Робсон попытался по-новому использовать присущие атомам свойства. Он соединил положительно заряженные ионы меди с четырехрукавной молекулой, у которой на конце каждого «рукава» была особая химическая группа. Когда они соединились, то образовали упорядоченный просторный кристалл. Он был похож на алмаз, наполненный бесчисленными полостями.
Авторы нового исследования как раз использовали для борьбы с биопленками металлорганические каркасы. Они вырастили один кристалл поверх другого, используя разные основы — цирконий и железо. В результате им удалось создать гибридные наночастицы, по форме напоминающие противотанковые ежи (представляют собой объемный мобильный шестиконечный крест).
У каждой частицы есть ядро и торчащие в разные стороны иглы, которые могут протыкать биопленку бактерий. Длина иглы — около 300 нанометров, диаметр кончика — менее пяти нанометров.
На снимке хорошо видны наношипы. Их можно разглядеть под разными ракурсами, особенно на карточках а5 и b6.
Ученые протестировали два способа нанесения: выращивание шипов прямо на поверхности и нанесение раствора с уже готовыми шипами. Самым эффективным оказался именно второй вариант, когда наношипы «нападают» на бактерии в хаотичном порядке, не давая им шанса выжить.
Например, в тестах с кишечной палочкой поверхность, созданная методом капельного нанесения, уничтожила 83% микроорганизмов за 24 часа. Бактерии погибали именно от физических повреждений — повисали на иглах и лопались.
При этом для человеческих клеток разработка была безобидной. Ученые также доказали, что бактерии не могут выработать устойчивость к таким шипам, то есть их разработка может помочь в том случае, когда антибиотики уже бессильны.
