ساخت سطوح ضدباکتریایی با ویروس‌های قاتل

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از ادونس ساینس نیوز، پژوهشگران دانشگاه فرایبورگ سوئیس می‌گویند: باکتریوفاژ‌ها دشمن طبیعی باکتری‌ها هستند و از نظر اندازه، شکل و شیمی سطحی، در مقیاس نانو به خوبی تعریف شده اند؛ از این رو، نامزد‌های امیدوارکننده‌ای برای تولید مواد زیستی پیشرفته محسوب می‌شوند.

دانشمندان این ماده ضد باکتریایی را از طریق خودآرایی باکتریوفاژ «Qbeta» «کیو بتا» که یک ویروس ایکوسادرال شکل طبیعی با قطر تنها ۲۹ نانومتر است در ترکیب با پلی کاتیون مصنوعی به نام پلی [۲- (متاکریلویلوکسی) اتیل]تری متیل آمونیوم کلرید یا به اختصار pMETAC ساخته اند. پیش از این از pMETAC برای تولید سطوح ضد میکروبی استفاده شده است.

ترکیب بَرَنده ویروس و پلی کاتیون 

نتیجه مونتاژ ویروس و پلی کاتیون، یک کریستال کلوئیدی بود که ماده‌ای متشکل از ذرات در مقیاس نانو یا میکرون است که در یک ساختار بسیار منظم و متقارن در یک محلول چیده شده اند. سپس این بلور‌ها به راحتی از محلول مایع جدا و یک ژل تشکیل می‌شود که به عنوان پایه‌ای برای این ماده باکتری کُش، عمل می‌کند.

«استفن سالنتینیگ» «Stefan Salentinig»، شیمیدان و مجری این پژوهش می‌گوید: برای تشکیل چنین بلور‌هایی از ذرات در محلول، باید بر نیروی برهمکنش دافعه‌ای بین ذرات، غلبه و آنها را به طور متقارن تراز کرد؛ فرایندی که به طور معمول در طبیعت به سختی انجام می‌شود.

محققان برای از بین بردن این نیروی شیمیایی دافعه ای، پوسته‌های ویروسی ایکوسادرال را با پلی کاتیون pMETAC که حاوی چندین محل باردار مثبت است، مخلوط کردند. این پلی کاتیون به عنوان نوعی چسب عمل می‌کند که به ذرات ویروسی کمک می‌کند خود را مرتب بچینند.

پژوهشگران سوئیسی می‌گویند: با تجهیز باکتریوفاژ‌های کیوبتا به مولکول‌های pMETAC در محلول، قفس‌های کیوبتا به شکل متقارنی تجمع کرده و دانه‌های بزرگ و با ساختار هندسی بالا را تشکیل دادند.

به گفته آنها، معمولا چنین مواد سه بعدی نانوساختاری به مراحل ساخت پیچیده نیاز دارند. در اینجا، تولید آنها به سادگی با مخلوط کردن پلی کاتیون با ویروس‌ها امکان پذیر بود.

نانو قالب برای ایجاد پوشش‌های ضد باکتری

پس از خودآرایی فاژ در حضور pMETAC، محققان بررسی کردند که آیا ویروس همچنان قادر به آلوده کردن و کشتن باکتری‌ها هست است یا خیر. آنها نتایج به دست آمده را با باکتریوفاژ کیوبتا بدون pMETAC در آزمایشی به نام سنجش پلاک که معمولا در آزمایشگاه انجام می‌شود، مقایسه کردند.

در این آزمایش، ویروس به سطوح دارای باکتری در حال رشد اضافه می‌شود و با گذشت زمان، با آلوده شدن ویروس‌ها و کشتن باکتری ها، مناطق قابل مشاهده‌ای از سلول‌های مرده به نام پلاک ایجاد می‌شود. دانشمندان با شمارش تعداد پلاک‌های تشکیل شده توسط فاژ‌های مونتاژ شده و مونتاژ نشده، دریافتند که هر دو باکتری را به روشی مشابه از بین برده اند.

از نظر سالنتینیگ این یافته‌ها بسیار مهم هستند چرا که مسیر‌های جدیدی را برای ساخت مواد با ساختار سلسله مراتبی برای کاربرد‌های مختلف، از جمله الگوسازی نانو، باز می‌کنند.

دانشمندان از روش نانوتمپلینگ برای ایجاد ساختار‌های کوچک در مقیاس نانو از یک قالب استفاده می‌کنند که معمولا در فناوری‌های پیشرفته یا پزشکی استفاده می‌شود. در سناریوی باکتری کش‌های مبتنی بر کیوبتا، می‌توان با استفاده از نانوتمپلینگ، پوشش‌های ضد میکروبی برای سطوح مانند دستگاه‌های پزشکی ایجاد کرد که از رشد باکتری‌ها جلوگیری کنند.

قابلیت‌هایی فراتر از یک سطح ضد باکتری

سالنتینیگ می‌گوید این فناوری جدید می‌تواند کاربرد‌های بالقوه دیگری در پزشکی نیز داشته باشد مثلا درمان عفونت‌های روده.

به گفته وی باکتریوفاژ‌های مونتاژ شده می‌توانند باکتری‌های مضر را بدون تاثیر بر روی باکتری‌های مفید از بین ببرند. بلور‌های کلوئیدی ویروس نیز می‌توانند برای دارورسانی یا ساخت واکسن‌های موثرتر مورد توجه قرار گیرند و با هدف قرار دادن سلول ها، چندین ذره فعال را به مکان‌های خاص تحویل دهند.

مجریان این طرح با تاکید بر کاربرد‌های فراتر از پزشکی و صنایع غذایی این ماده، می‌گویند: می‌توان از بلور‌های کلوئیدی محلول ویروس برای ایجاد پوشش‌ها یا ذرات فوق العاده‌ای استفاده کرد که باکتری‌های بیماری زا را بین برده ولی سویه‌های پروبیوتیک را حفظ می‌کنند، کاربردی مانند صنایع پنیر و لبنیات.

محققان معتقدند این فناوری می‌تواند مقیاس پذیر باشد و می‌گویند تطبیق پذیری بالایی دارد، زیرا می‌توان از کپسید‌های ویروسی مختلف استفاده کرد و مواد ویروسی داخل آن را می‌توان با مواد زیستی به گونه‌ای تغییر داد تا مواد مغذی، دارو‌ها یا مولکول‌های زیستی را ارائه دهند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Advanced Functional Materials منتشر شده است.