Chemiker der RUDN-Universität haben die Wirksamkeit antibakterieller Chitosanfilme, die in der Medizin und der Lebensmittelindustrie verwendet werden, verbessert, indem sie Chitin-Nanopartikeln Eisen und ein neues Chitinderivat zugesetzt haben. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht BioTech.
Antibakterielle Filme werden in der Medizin beispielsweise zur Heilung von Wunden und Verbrennungen oder als Medikamententräger eingesetzt. Darüber hinaus werden sie zur Herstellung von Lebensmittelverpackungen verwendet, um die Haltbarkeit zu verlängern. Eines der am häufigsten verwendeten Materialien zur Herstellung solcher Filme ist Chitosan. Es handelt sich um ein natürliches, harmloses Polymer, das üblicherweise aus Krabbenschalen gewonnen wird. Chitosan selbst hat antibakterielle Eigenschaften, es gibt jedoch Raum für eine Verstärkung durch Zusatzstoffe. Die Chemiker der RUDN-Universität und Kollegen aus Weißrussland entdeckten, dass Nanopartikel auf Eisenbasis solche Zusatzstoffe sein können.
„Chitosan nimmt aufgrund seiner einzigartigen ökologischen, biologischen und chemischen Eigenschaften einen besonderen Platz unter den Polymeren ein. Der Umweltvorteil von Chitosan ist die biologische Abbaubarkeit. Dieses natürliche Polymer zersetzt sich vollständig und relativ schnell im Boden oder im Wasser. Aus chemischer Sicht ist Chitosan dies.“ ein lineares Polymer. Die freie Aminogruppe bietet zahlreiche Möglichkeiten für seine chemische Modifikation“, sagte Andrey Kritchenkov, Ph.D., Abteilung für Anorganische Chemie, RUDN-Universität.
Die Forscher erhielten Chitosan-Nanopartikel mit Eisen in unterschiedlichen Konzentrationen von 2 % bis 15 %. Die antibakterielle Aktivität der resultierenden Filme wurde in vitro an gramnegativen Escherichia coli und grampositiven Staphylococcus aureus getestet. Der Hauptparameter bei solchen Messungen ist der Durchmesser des Unterdrückungsbereichs, in dem das Wachstum und die Vermehrung von Bakterien aufhören.
Das Team hat die optimale Konzentration eisenhaltiger Nanopartikel auf 10 % ermittelt. Die Unterdrückungszone für Staphylococcus aureus beträgt bei dieser Konzentration 16,8 mm und für E. coli 11,2 mm. Der reine Chitosanfilm hat es bei 12,7 bzw. 9,2 mm. Im Rahmen der Studie erhielten Chemiker auch ein neues wasserlösliches Derivat von Chitin. Durch die Zugabe zu Chitosan mit 10 % Eisen werden die mechanischen und antibakteriellen Eigenschaften des Films noch verstärkt. Die Unterdrückungszone von Staphylokokken wächst auf 19,6 mm und von E. coli auf 14,2 mm.
„Wir haben neue Filme auf Chitosan-Basis entwickelt, die mit Eisen in unterschiedlichen Konzentrationen verstärkt sind. Eisen-Nanopartikel verbesserten sowohl die mechanischen als auch die antibakteriellen Eigenschaften der Filme. Darüber hinaus haben wir ein neues Chitin-Derivat erhalten, das die mechanischen und antimikrobiellen Eigenschaften weiter verbessert.“ Damit haben wir bestätigt, dass der Schlüsselmechanismus der antibakteriellen Wirkung von Filmen die Zerstörung bakterieller Zellmembranen ist“, sagte Anton Egorov, Forschungspraktikant an der RUDN-Universität.
Mehr Informationen:
Omar M. Khubiev et al., Neuartige hocheffiziente antibakterielle Filme auf Chitosanbasis, BioTech (2023). DOI: 10.3390/biotech12030050
Zur Verfügung gestellt von der Russischen Stiftung für Grundlagenforschung