במאבק נגד עמידות לאנטיביוטיקה, לטכנולוגיה חדשה שפותחה באוניברסיטת צ'אלמרס, בשבדיה, יכולה להיות חשיבות רבה כאשר, למשל, מוכנסים שתלי ירך וברך בניתוח. על ידי חימום ננו-רודים קטנים של זהב עם אור קרוב-אינפרא אדום (NIR), החיידקים נהרגים, ומשטח השתל הופך לסטרילי. החוקרים מציגים כעת מחקר חדש שמגביר את ההבנה כיצד מוטות הזהב מושפעים מאור וכיצד ניתן למדוד את הטמפרטורה בהם.
זיהומים יכולים להתרחש במהלך פרוצדורות כירורגיות, כאשר הסיכון עולה באופן משמעותי כאשר משתילים בגוף חומרים זרים, כגון תותבות לברכיים. נוכחות החומר מחלישה את המערכת החיסונית של הגוף ונפוצים בטיפולים אנטיביוטיים. אם נדבקים, לרוב נדרשים מינונים גבוהים של אנטיביוטיקה עם זמני טיפול ארוכים, לפעמים לכל החיים. הדבר כרוך בסיכון לעמידות מוגברת לאנטיביוטיקה, אשר נתפסת על ידי ארגון הבריאות העולמי כאחד האיומים הגדולים ביותר על בריאות האדם.
חום הורג את החיידקים על פני השתל
הטכנולוגיה שפיתחו החוקרים ב-Chalmers היא שיטה שבה מחברים מוטות זהב בגודל ננומטר למשטח השתל. כאשר אור קרוב-אינפרא אדום (NIR) פוגע במשטח השתל, המוטות מתחממים ופועלים כאלמנטים חימום זעירים. מכיוון שגופי החימום כה קטנים, יש חימום מקומי מאוד, אשר הורג כל חיידק על פני השתל מבלי לחמם את הרקמה הסובבת.
"מוטות הזהב סופגים את האור, האלקטרונים בזהב מופעלים, ולבסוף הננורודים פולטים חום. אפשר לומר שהננורוד הזהב פועל כמו מחבתות קטנות שמטגנים את החיידקים למוות". אומרת מאיה אוסיטלו, דוקטורנטית בצ'למרס והמחברת הראשית של המחקר, שפורסם בכתב העת אותיות ננו.
אור NIR אינו נראה לעין בלתי מזוינת אך יש לו את היכולת לחדור לרקמה אנושית. תכונה זו מאפשרת לחמם את ננו-הזהב על פני השתל בתוך הגוף על ידי הארת העור. מוטות הזהב מפוזרים בדלילות ומכסים רק כעשרה אחוזים משטח השתל. המשמעות היא שהתכונות המועילות של החומר, כמו יכולת ההיצמדות לעצם, נשמרות במידה רבה.
החוכמה היא להתאים את גודל המוטות. אם אתה עושה אותם קצת יותר קטנים או קצת יותר גדולים, הם סופגים אור באורכי גל לא נכונים. אנחנו רוצים שהאור שנספג יחדור היטב לעור ולרקמות. כי ברגע שהשתל נמצא בתוך הגוף, האור חייב להיות מסוגל להגיע אל פני השטח של התותב".
מרטין אנדרסון, פרופסור ומנהיג מחקר בצ'אלמרס
מדידות מדויקות לטמפרטורת מוט הזהב
כדי להגביר את ההבנה כיצד פועלת הטכנולוגיה, וכיצד ננו-הזהב המחומם ב-NIR משפיעים הן על חיידקים והן על תאים אנושיים, החוקרים נדרשו למדוד את הטמפרטורה של המוטות. בשל גודלם הזעיר, אי אפשר למדוד עם מדחום רגיל, במקום זאת החוקרים השתמשו בקרני רנטגן כדי לחקור כיצד אטומי הזהב נעים. השיטה מאפשרת מדידה מדויקת של טמפרטורת מוטות הזהב וכיצד ניתן לווסת את הטמפרטורה באמצעות עוצמת אור ה-NIR.
"הטמפרטורה לא תעלה על 120 מעלות צלזיוס, מכיוון שטמפרטורות גבוהות יותר גורמות לננורודים לאבד את צורתם ולהפוך לכדורים. כתוצאה מכך, הם מאבדים את התכונות האופטיות שלהם ואינם יכולים עוד לספוג אור NIR ביעילות, מה שמונע מהמוטות להתחמם. " אומרת מאיה אוסיטלו.
היא מציינת שהחימום מאוד מקומי עם העברת אנרגיה נמוכה לסביבה. זה חיוני כדי למנוע גרימת נזק כלשהו לרקמה שמסביב.
החוקרים מקווים שניתן להשתמש בשיטה על חומרי שתלים רבים ושונים, כמו טיטניום או פלסטיקים שונים.
מוטות זהב הופכים אנטיבקטריאליים כאשר הם מופעלים
ננו-הזהב עצמם פסיביים לחלוטין על פני השטח לפני שאור ה-NIR מחמם אותם. רק אז המוטות מופעלים, מתחממים ומפעילים את האפקט האנטיבקטריאלי.
"אנחנו יכולים לשלוט מתי המשטח צריך להיות אנטיבקטריאלי ומתי לא. כשאנחנו מכבים את האור, המשטח כבר לא אנטיבקטריאלי וחוזר למצבו המקורי. זה יתרון מכיוון שלמשטחים אנטיבקטריאליים רבים יש בדרך כלל השפעות שליליות על הריפוי ", אומר מרטין אנדרסון.
המטרה היא להביא בסופו של דבר את הטכנולוגיה הזו לבריאות.
"אנחנו מאמינים בעיקר בשימוש באור NIR לחימום זמן קצר לאחר הנחת השתל ותפירת הפצע. על ידי חימום הננורודים הזהב, נוכל לחסל כל חיידק שאולי התמקם על התותב במהלך הניתוח". אומר מרטין אנדרסון.
כל החיידקים מתים מהחום של ננו-הזהב, אבל אפילו תאים רגילים עלולים להינזק במהלך הטיפול.
"אם כמה תאים אנושיים נהרסים במהלך תהליך חימום NIR, הגוף מחדש במהירות תאים חדשים, כך שההשפעה על הריפוי היא מינימלית", אומר מרטין אנדרסון.
הטכנולוגיה עם ננורודי זהב מחוממים ב-NIR נחקרה בעבר בחקר הסרטן, אך קבוצת המחקר בצ'למרס היא הראשונה להשתמש בטכנולוגיה כדי ליצור משטח אנטיבקטריאלי על שתלים בדיוק ובקרה גבוהים.
