Banbrytande biomedicinsk forskning om nanosilver

Nanomaterial kan få stor betydelse i sjukvården, bland annat för bakteriefria implantat, som målsökande transportör av läkemedel samt som sensorer. På Karolinska institutet görs banbrytande forskning i gränslandet mellan materialvetenskap och biomedicin om medicinska tillämpningar för nanopartiklar. Gruppen gör stora framsteg och kommer allt närmare möjliga tillämpningar.

Nanomaterial kan komma att revolutionera medicinsk behandling eftersom deras extremt små dimensioner gör det möjligt för dem att interagera med såväl riktigt små enheter som proteiner, DNA eller virus, men även med större enheter som celler. Sedan 2016 leder Georgios Sotiriou en forskargrupp på Institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi (MTC) på Karolinska Institutet, med fokus på nanopartiklars användningsområden inom hälsovården.
Projektet har tre huvudsakliga fokusområden: att utveckla nanopartiklar för nästa generations ytmaterial på implantat, som sensorer för diagnostik och annat, samt som målsökande transportörer av läkemedel.
– Vi samverkar tätt med andra discipliner, inte minst medicin. Tillsammans bidrar vi med olika perspektiv och det uppstår synergier och korsbefruktningar som är väldigt värdefulla. KI är den perfekta miljön för vår forskning, här finns både fantastisk infrastruktur och omfattande expertis, säger Georgios Sotiriou, som är civilingenjör i tillämpad fysik i botten.

Motverkar infektioner
En av de viktigaste tillämpningarna är implantat som är mer motståndskraftiga mot infektioner. I dag förlorar upp till en av tio patienter sitt implantat. Ofta sker detta på grund av infektion och dessa patienter måste behandlas med antibiotika eller i värsta fall opereras på nytt. Doktoranden Felix Geissel arbetar med att utveckla nanopartikelbeläggningar specifikt för implantat. Beläggningen består av nanostrukturerat silver som bekämpar bakterier och förebygger infektioner. Metoden kallas flame spray pyrolysis.
– Metoden har många fördelar. Vi får en stor mängd nanopartiklar, beläggningen är billig att framställa och framför allt är den väldigt effektivt mot bakterier. Våra tester visar att den inhiberade upp till 99,999 procent av bakterier. En annan fördel med vissa implantatbeläggningar är att de kan tillverkas på ett sätt som liknar mänsklig vävnad och därför kan integreras bättre i kroppen, säger Felix, vars resultat nyligen publicerades i en ansedd vetenskaplig tidskrift.
Forskarkollegan Haipeng Li, som gör sin post-doc på KI, forskar liksom Felix om silverstrukturerade nanopartiklar med flame spray pyrolysis. Men hans fokus är inte implantat, utan att utveckla sensorer.
– Vi studerar hur man kan få fram egenskaper för att mycket snabbt och kostnadseffektivt detektera toxiner och andra ämnen. Ett möjligt användningsområde är inom livsmedelsindustrin, där sensorerna på några minuter kan upptäcka pesticider. De skulle också kunna användas till att detektera läkemedelsmängd, för exakt rätt dosering. Teknologin är enkel att skala upp och till fullo reproducerbar. Det är viktigt om den ska användas i kommersiella sammanhang, förklarar Haipeng, som även han nyligen publicerat sina resultat i en prestigefull vetenskaplig tidskrift.

Stor potential
Georgios Sotiriou och hans team ligger i den absoluta frontlinjen för att utveckla nanopartiklar för biomedicinska tillämpningar och hans forskning har rönt mycket uppmärksamhet. Han får stora anslag av en rad olika finansiärer, bland annat Stiftelsen för strategisk forskning och Europeiska forskningsrådet, ERC.
– Nanoteknologin har enorm potential och silver är ett så oerhört intressant material, som har använts i tusentals år inom läkekonsten. Felix och Haipeng utgår båda från silver, men den ena forskningen studerar silvrets antimikrobiella egenskaper, medan den andra utnyttjar dess optiska egenskaper. Det är ett väldigt mångsidigt material, säger Georgios.
Hans hopp är att teamets forskning ska kunna göra verklig nytta i medicin och folkhälsoarbete. Genom att metoderna och materialen är kostnadseffektiva och skalbara kan de bli viktiga verktyg för sjukvård och läkemedelsindustrin.
– Vi arbetar inte bara med att identifiera utmaningar, utan med att förstå processer på detaljnivå. Då kan vi angripa problem ur ett rationellt helhetsperspektiv och skapa lösningar som verkligen kommer människor till godo, avslutar Georgios.

Klicka här för att läsa mer om min forskning