Aktuální informace

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Poslední aktualizace: 30. 04. 2020

Stránky slouží k informování o aktuálním dění a novinkách ve vědě a výzkumu

 

|  NASA   |  PřF MU  |  Univerzita Karlova    | PřF UK  | Farmaceutická fakulta UK  |  Lékařská fakulta v Plzni | Lékařská fakulta v Hradci Králové |          |  1. lékařská fakulta UK  |  2. lékařská fakulta UK  | 3. lékařská fakulta UK |   VŠCHT Praha  |   Chemická fakulta VUT   |     Univerzita Palackého | SHMÚ   |  ČHMÚ   |  METEOPRESS    | Odkazy

Stránky v tuto chvíli procházejí úpravami. Omlouváme se za dočasnou nefunkčnost některých odkazů. Prosím stránky otevírejte pomocí prohlížeče internet Explorer

Vývoj nových materialů vhodných pro 3D tisk s antimikrobiálními vlastnostmi (3D ANTIMICROB)

COST Association CA COST Action CA15114, GIG15114 AMiCI ePlatform a CA LTC18002

 

 

Anti-MIcrobial Coating Innovations to prevent infectious diseases (AMICI)

 

Infections and infectious diseases are a continuous threat to human health. According to the European Centre for Disease prevention and Control (ECDC), over 4 million people are estimated to acquire a HealthCare Associated Infection (HCAI). The AMICI-consortium is convinced that new methods, additional or alternatively to an appropriate use of disinfectants and antibiotics, are required to reduce microbial activity, associated infections and the increase of Antimicrobial Resistance.A potential and promising weapon against bacterial growth and possibly the development of multi-drug resistant bacteria has been found in AntiMicrobial (nano)-Coatings (AMC). In coatings fortified with an active ingredient, the ingredient is responsible for the elimination of the micro-organisms.

So far, little is known about the effectiveness of AMC application on surfaces, on the prevention of spreading infections and their impact on induction of multi-drug resistant bacteria in healthcare (e.g. hospitals, nursery homes). The presence of active substances in AMC may promote/induce resistance mechanisms which need to be understood. A balanced risk-benefit analysis of widespread application of AMC is needed to guide a Safe-by-Design’ development and introduction in complicated chains with high demand for compliance such as healthcare.

AMICI brings together stakeholders from different countries and disciplines, including knowledge institutes, producers and processors of antimicrobial coatings, and organizations involved in the compliance with international standards on hygiene. The central aim is to evaluate the impact of (introducing) AMC in healthcare on the spread of infections and on the efficacy in fighting HCAI and bacterial resistance to current antibiotics.

 

Na počátku 21. století jsou nadále velkým problémem infekce (především nozokomiální), které vznikají nesprávným využíváním antibiotik, dezinfekce v nemocničních zařízeních a doposud nepříliš dobře pochopenými mechanismy. Předcházení těmto infekcím není snadné. Podle NIH zemře ročně 99 987 lidí v USA v důsledku těchto nákaz, což je 271 lidí denně, a jsou tak častější příčinou smrti než onemocnění HIV, dopravní nehody a rakovina prsu dohromady. Pozorovaný rychlý vzestup bakteriální rezistence vyžaduje hledání nových strategií. Jako jedno z možných řešení se jeví využívání nanotechnologií. Některé druhy nanočástic (včetně stříbrných nanočástic - AgNPs) vykazují antimikrobiální, antivirotické a antifungální účinky. Navíc zelená syntéza AgNPs využívá enzymů, rostlinných a živočišných extraktů. Vykazuje nižší náklady, je šetrná k životnímu prostředí a není potřeba používat vysoký tlak a teplotu. Zelená syntéza, nazývaná také jako biogenní syntéza, je považována za alternativní přístup pro syntézu AgNPs a dala vzniknout nové oblasti - fytonanotechnologii, která se zabývá zelenou syntézou nanočástic kovu s použitím rostlinných zdrojů a dále zahrnuje její optimalizaci a aplikace.

KONFERENCE 2019

 

SBORNÍK PŘÍSPĚVKŮ            K DISPOZICI ZDE

 

Informace o projektu

 

Aktuální informace na stránkách konsorcia

 

Je známo, že infekce spojené se zdravotní péčí jsou problémem zdravotnictví^{1, 2}. Z tohoto důvodu se klade pozornost na řešení tohoto závažného problému^3-5.Vědci, společnosti a odborníci ve zdravotnictví studovali a rozvíjeli antimikrobiální povrchy v evropské síti COST AMiCI (Antimicrobial coatings inovations (33 zemích; http://www.amici-consortium.eu/)^{6, 7}. Hlavním smyslem konsorcia je aktivní spolupráce, výměna studentů (STM), pořádání meetingů, konferencí a training schools.  Mikroby (zahrnují baktérie, viry, mikroskopické houby a parazity) se šíří většinou dotykem. Antimikrobiální vlastnosti (redukce růstu mikrobů) mědi a stříbra je známa již dlouho. Současnou výzvou však zůstává prokázat účinnost těchto nových povlaků v reálném zdravotnickém prostředí. AMiCI vyvinula antimikrobiální povrchy, které zabraňují šíření infekčních chorob ve zdravotnických prostředích⁶. Práce pokračuje od května 2020 v projektu AMiCI ePlatform. Nový projekt se zaměřuje na řešení antimikrobních povrchů v reálném prostředí.

 

Ve dnech 18. až 20. 2. 2020 proběhla závěrečná konference AMiCI. Meeting uspořádaný v Krakově konsorciem AMiCI byl zaměřen na inovativní způsoby úpravy povrchů. Zázemí pro akci poskytla Jagelonská univerzita (https://en.uj.edu.pl/en_GB/start). Pracovní meeting se uskutečnil na půdě Chemické fakulty kampusu univerzity.

Závěrečné konference se zúčastnilo více než 100 členů z více jako 30 evropských zemí. Program konference byl zahájen 18. 2. 2020 setkáním hlavní a řídící skupiny. Následující den probíhal vlastní konferenční program, kdy byla představena idea AMiCI hlavní navrhovatelkou Dr. Francy Crijns a současnou vedoucí projektu Dr. Minna Keinanen-Toivola. Následovala sumarizace výsledků a doporučení projektu pro evropskou komisi. V odpoledním bloku byly popsány a diskutovány výstupy jednotlivými pracovními skupinami. Nuno Azevedo za WG1, Patrick Cosemnas za WG2, Merja Ahonen za WG3, Martina Modic za WG3, Kazimierz Murzyn za WG5. Pracovní skupina (WG) 1 pracuje na vývoji nových modifikací stávajících antibakteriálních povrchů. WG 2 se zabývá vývojem moderních metod pro testování antibakteriální aktivity materiálů. Do zájmu WG 3 spadá testování toxicity připravovaných materiálů. Následovaly prezentace zaměřené na STM mise Isabel Gouveia a Training school Martijn Riool. Na závěr dne následovala prohlídka staré části města a společná večeře.

 

20. února proběhla skupina přednášek zaměřených na regulace a nařízení pro zavedení nových technologií pro antibakteriální využití, a perspektivy antibakteriálního materiálu v USA. Dále byly přednášky z průmyslu, kde byly diskutovány zkušenosti z transferu nového výrobku na trh, ekonomické evaluaci antibakteriálního povrchu v nemocničním prostředí. Projekt jednoznačně ukazuje na nutnost mezinárodní spolupráce při řešení společensky velmi závažných problémů, jakými nemocniční nákazy jistě jsou.

 

LITERATURA

1.              Jansen K. U., Knirsch C. and Anderson A. S.: Nat. Med. 24, 10 (2018). 10.1038/nm.4465.

2.              Tenover F. C. and Hughes J. M.: Emerg. Inf. Dis. 1, 37 (1995). 10.3201/eid0101.950111.

3.              Weidenmaier C., Kokai-Kun J. F., Kristian S. A., Chanturiya T., Kalbacher H., Gross M., Nicholson G., Neumeister B., Mond J. J. and Peschel A.: Nat. Med. 10, 243 (2004). 10.1038/nm991.

4.              Otto M.: Nat. Rev. Microb. 7, 555 (2009). 10.1038/nrmicro2182.

5.              York A.: Nat. Rev. Microb. 15, 576 (2017). 10.1038/nrmicro.2017.111.

6.              Sehnal K. and Kizek R.: Prakt. Lék. 100, 48 (2020).

7.              Keinänen-Toivola M.: Press release 7.4.2020 www.amici-consortium.eu (2020).

 

PROJEKT MEZINÁRODNÍ SPOLUPRÁCE AMiCI - NOVÉ ZPŮSOBY PRO SNÍŽENÍ ANTIBAKTERIÁLNÍ REZISTENCE VE ZDRAVOTNICKÝCH ZAŘÍZENÍCH 

V důsledku pandemie koronaviru čelí odvětví zdravotnictví zcela nové výzvě. Satakunta Universtiy of Applied Scinces (SAMK) z Finska vede celoevropskou síť, která vyvíjí povrchy pro prevenci především bakteriálních infekcí. Navíc síť AMiCI (COST AMiCI project: www.amici-consortium.eu) a  ePlatform (od května 2020 ) urychluje vstup nových antimikrobiálních povrchů na trh (1). Každoročně u milionů lidí proběhne infekce spojená se zdravotní péčí. Takové infekce jsou vážným problémem všech zdravotnických systémů (2, 3). V nejhorším případě tyto infekce vedou ke smrti pacientů. Z tohoto důvodu se klade výjimečná pozornost právě na řešení problému týkajícího se zmíněných infekcí (4, 5).  Je známo, že mikroorganismy se šíří v prostředí většinou dotykem, buď přímo z člověka na člověka, nebo z člověka na člověka povrchy (Obr. 1). Z dlouhodobých zkušeností víme, že nejúčinnějším opatřením při prevenci a kontrole infekcí je hygiena rukou spojená s účinnými postupy čištění prostředí.

 

Antimikrobiální povrchy jsou součástí řešení

Pozorovaný rychlý vzestup bakteriální rezistence vyžaduje hledání nových strategií i pro výzkum a vývoj vhodných povrchů (6, 7). Jako jedno z možných řešení se nabízí využívání nanotechnologií (8). Antimikrobiální (redukce růstu mikrobů) mědí a stříbra je známa již dlouho (9). Některé druhy nanočástic, včetně stříbrných nanočástic (AgNPs) vykazují antimikrobiální, antivirotické a antifungální účinky (10). Další možnosti inovativních technologií spočívají v různých modifikacích povrchu nanočástic dalšími antibakteriálními látkami. Zelená syntéza, která v procesu přípravy nanočástic používá rostlinné extrakty namísto typických redukčních činidel. Navíc zelená syntéza AgNPs využívá enzymů i rostlinných a živočišných extraktů (10). Výzkum je zaměřen na testování nových antibakteriálních látek a molekul (11, 12). Výzkumné projekty a společnosti vyvíjení nové látky a povlaky, které se používají zejména na často dotykových površích (13). Současnou výzvou však zůstává prokázat účinnost těchto nových povlaků v reálném zdravotnickém prostředí.

Síť AMICI pro nová antimikrobní řešení. Vědci, společnosti a odborníci ve zdravotnictví studovali a rozvíjeli antimikrobní povrchy v evropské (33 zemích) síti COST AMICI. AMICI vyvinula antimikrobní povrchy, které zabraňují šíření infekčních chorob ve zdravotnických prostředích, zejména povrchů s vysokým dotykem (kromě zdravotnických prostředků). Existuje mnoho požadavků na antimikrobiální povrchy, protože musí být snadno čistitelné, ale extrémně odolné. Projekt se zaměřuje na řešení, které řídí testování v reálném prostředí. Kromě toho vyvíjíme podnikatelský plán, který mohou organizace použít, když zamíří na trh. V ePlatform je pro nemocnice vytvořen nástroj pro rozhodování o užívání antimikrobiálních povrchů.

               

Antimikrobiální povrchy z 3D tisku

3D tisk nalézá svoje uplatnění napříč různými odvětvími (14, 15). Možnosti využití 3D tisku pro biotechnologické aplikace jsou intenzivně rozvíjeny s cílem získat náhrady orgánů a tkání (14, 16, 17). Antibakteriální materiál pro 3D tisk byl vytvářen z vlákna (ABS – akrylonitrilbutadienstyren). Přečištěné AgNPs byly dispergovány v ultračisté vodě a acetonu (1:1). AgNPs byly pomocí štětce nanášeny na vlákno (Obr. 2).

 

 

(A) Pracovní postup přípravy modifikace tiskového materiálu. Přečištěné AgNPs jsou dispergovány ve vodě s acetonem, ultrazvukovány. AgNPs jsou naneseny na tiskovou strunu a materiál vytisknut. (B) Náhled procesu nanášení AgNPs na tiskovou strunu. (C) Koláčový graf využití 3D tisku v biomedicínských aplikacích, bylo prohledáno 3 M záznamů. (D) schéma tiskové hlavy běžně používané 3D tiskárny, materiál (filament) je veden přes ozubená kola do extruderu, kde dochází k jeho tavení a tryskou je nanesen na podložku. (E) 3D tiskem nanesený materiál ABS bez modifikace a po modifikaci AgNPs.

 

Antibakteriální aktivita byla stanovena na modelových organismech (S. aureus, E. coli). Byly měřeny růstové křivky (ABS, ABS-AgNPs materiál: 1 mg). Diferenciál vz/k (OD) byl proveden jako rozdíl jednotlivých bodů růstové křivky bakterie a bodů inhibice AgNPs. Zjistili jsme, že AgNPsT, S, J vykazovaly inhibiční aktivitu o 20 až 40 % kontroly. Na základě výpočtu IC₅₀ byly MIC stanoveny na AgNPsT, AgNPsS a AgNPsJ (150 µg/ml). Zjistili jsme, že 3D tiskem připravené platformy vykazovaly vynikající antibakteriální vlastnosti (Obr. 3). Více podrobností je v práci Sehnal et al (18).

Antimikrobiální účinnost nanočástic je možné zvýšit využitím sekundárních metabolitů z rostlin. (A) Byly připraveny nanočástice AgNPs z mateřídoušky, šalvěje a jetele (B). Vizuální vzhled přečišttěných a vysušených AgNPs (C). Vizuální vzhled ABS materiálu po nanesení připravených AgNPs. (D) 3D tiskem připravené platformy pro hodnocení jejich antibakteriálních vlastnosti. (E) Mikrofotografie povrchu ABS materiálu s nanesenými AgNPs. (H) Integrál optické denzity růstových křivek pro E. coli a (I) S. aureus po aplikaci AgNPs materiálu.

 

LITERATURA

1. Keinänen-Toivola, M. Touch Surfaces for the Battle against Microbes Developed  in European Cooperation. Press release 7.4.2020  2020; www.amici-consortium.eu

2. Jansen, K. U., C. Knirsch and A. S. Anderson. The Role of Vaccines in Preventing Bacterial Antimicrobial Resistance. Nat. Med.  2018; 24(1): 10-19.

3. Tenover, F. C. and J. M. Hughes. Who Scientific Working Group on Monitoring and Management of Bacterial-Resistance to Antimicrobial Agents. Emerg. Inf. Dis.  1995; 1(1): 37-37.

4. Weidenmaier, C., J. F. Kokai-Kun, S. A. Kristian, et al. Role of Teichoic Acids in Staphylococcus Aureus Nasal Colonization, a Major Risk Factor in Nosocomial Infections. Nat. Med.  2004; 10(3): 243-245.

5. Otto, M. Staphylococcus Epidermidis - the 'Accidental' Pathogen. Nat. Rev. Microb.  2009; 7(8): 555-567.

6. Li, M., X. Du, A. E. Villaruz, et al. Mrsa Epidemic Linked to a Quickly Spreading Colonization and Virulence Determinant. Nat. Med.  2012; 18(5): 816-U217.

7. Park, C., M. Nichols and S. J. Schrag. Two Cases of Invasive Vancomycin- Resistant Group B Streptococcus Infection. N. Engl. J. Med.  2014; 370(9): 885-886.

8. Mura, S., J. Nicolas and P. Couvreur. Stimuli-Responsive Nanocarriers for Drug Delivery. Nat. Mater.  2013; 12(11): 991-1003.

9. Richter, A. P., J. S. Brown, B. Bharti, et al. An Environmentally Benign Antimicrobial Nanoparticle Based on a Silver-Infused Lignin Core. Nat. Nanotechnol.  2015; 10(9): 817-+.

10. Kumar, A., P. K. Vemula, P. M. Ajayan, et al. Silver-Nanoparticle-Embedded Antimicrobial Paints Based on Vegetable Oil. Nat. Mater.  2008; 7(3): 236-241.

11. Spohn, R., L. Daruka, V. Lazar, et al. Integrated Evolutionary Analysis Reveals Antimicrobial Peptides with Limited Resistance. Nat. Commun.  2019; 1013.

12. Cizek, M., K. Sehnal, M. Docekalova, et al. Nanočástice Stříbra Připravené Zelenou Syntézou a Synergický Účinnek S Antibiotikem Jako Základ Nanokonstruktu Pro Léčbu Bakteriálních Infekcí. Prakt. Lék.  2019; 99(4): 154-159.

13. Ruttkay-Nedecky, B., S. Skalickova, M. Kepinska, et al. Development of New Silver Nanoparticles Suitable for Materials with Antimicrobial Properties. J. Nanosci. Nanotechnol.  2019; 19(5): 2762-2769.

14. Capel, A. J., R. P. Rimington, M. P. Lewis, et al. 3d Printing for Chemical, Pharmaceutical and Biological Applications. Nat. Rev. Chem.  2018; 2(12): 422-436.

15. Kitson, P. J., S. Glatzel, W. Chen, et al. 3d Printing of Versatile Reactionware for Chemical Synthesis. Nat. Protoc.  2016; 11(5): 920-936.

16. Vaidya, M. Startups Tout Commercially 3d-Printed Tissue for Drug Screening. Nat. Med.  2015; 21(1): 2-2.

17. Colaco, M., D. A. Igel and A. Atala. The Potential of 3d Printing in Urological Research and Patient Care. Nat. Rev. Urol.  2018; 15(4): 213-221.

18. Sehnal, Karel, Martina Stankova, Michaela Docekalova, et al. Biofyzikální Analýza Stříbrných Nanočástic Připravených Zelenou Syntézou a Jejich Využití Pro 3d Tisk Antibakteriálního Materiálu Pro Zdravotnictví. Czech Chem. Soc. Symp. Ser.  2019; 1(17 (2019)): 66-71.

 

Nové povrchy v boji proti mikrobům byly vyvinuty v evropské spolupráci, která pokračuje. Modifikace materiálu pro 3D tisk stříbrnými nanočásticemi

Meeting 27/02/2020

 

Rene kizek: pokračování projektu amici a informace o konferenci v krakově

 

 

Cílem české výzkumné skupiny je výrazné posílení mezinárodní spolupráce a jednoznačná orientace na projekty řešené v evropském výzkumném prostoru. Přechod z národně orientovaného výzkumu směrem k nadnárodnímu přináší výzkumné skupině řadu jednoznačných benefitů. Výrazné je zlepšení pozice České republiky jako solidního partnera při řešení složitých otázek. Kromě toho je jednoznačná výhoda v oblasti využití specializovaných znalostí v daném oboru, výrazné zlepšení komunikačních schopností mezi jednotlivými partnery, zlepšení využívání dostupné vědecké infrastruktury. Nezanedbatelným přínosem je možnost využít krátkodobých vědeckých misí pro realizování společných aktivit (program je primárně velmi vhodný pro začínající výzkumníky). Získané společné kontakty a zkušenosti jednoznačně vedou k dalším společným aktivitám při řešení výzkumných úkolů a dávají tak základ pro vznik: a) společných výstupů (na konferencích, v odborném tisku, na společných seminářích), b) vytváření dalších nových společných klasterů směřovaných na hlavní směr zájmu, c) společných projektových záměrů ve výzvách Evropské unie a případně jiných mezinárodních soutěžích, d) v dlouhodobém horizontu je možné očekávat aplikační potenciál.

Tvar a velikost AgNPs jsou ovlivněny typem rozpouštědla, stabilizací a redukcí. Proces syntézy začíná po inkubaci rostlinných extraktů se stříbrnými solemi (nejčastěji se používá dusičnan stříbrný). Syntéza vzácných AgNPs je dvoustupňový proces, který nejdříve zahrnuje redukci iontů Ag⁺ na Ag° následovanou aglomerací a stabilizací, které vedou k tvorbě oligomerních shluků koloidních AgNPs. Proces redukce probíhá za přítomnosti biologických katalyzátorů (terpenoidů, fenolů, flavonoidů, alkaloidů, aminokyselin, vitamínů a polysacharidů). K často používaným technikám charakterizace AgNPs patří fyzikální metody, jako jsou UV-vis spektroskopie pro získání spekter a spektrálních maxim; rentgenová difrakce (XRD) za účelem rozlišení mezi amorfní a krystalickou povahou AgNPs; skenovací a transmisní elektronová mikroskopie pro podrobné informace o morfologii a velikosti nanočástic; infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) a Ramanova spektroskopie pomáhají při identifikaci funkčních skupin připojených k povrchu nanočástic; a Zetasizery, které pomocí dynamického rozptylu světla poskytují informace o zeta potenciálu (tj. stabilitě AgNPs) a velikosti nanočástic. K určení chemického složení nanočástic se používají metody pro stanovení obsahu kovů (v našem případě stříbra), mezi které patří atomová absorpční spektrometrie (AAS), optická emisní spektrometrie s indukčně vázanou plazmou (ICP-OES) a elektrochemické metody. Elementární složení nanočástic lze určit pomocí mapování energetickou disperzní spektroskopii (EDS). Při výrobě nanočástic je důležitá jejich charakterizace. Mezi významnou skupinu charakterizace nanočástic patří zjišťování tvaru a velikosti. Nicméně rozdělit nanočástice podle tvaru a velikosti zůstává stále velkou výzvou. V literatuře existuje několik popsaných a poměrně jednoduchých metod. Jedna z nich je sacharózový gradient, kdy se částice rozdělí do vrstev s různou koncentrací sacharózy. Rozdělení probíhá pomocí centrifugace. Tyto rozdělené frakce se dají použít pro další a podrobnější charakterizace velikosti a tvaru na gelové elektroforéze. Lze použít gelovou elektroforézu jak agarózovou, tak SDS/PAGE. 3D tisk nalézá svoje uplatnění napříč různými odvětvími včetně jeho využití v chemických a farmaceutických laboratořích. Technologie využívá plastové filamenty s rozdílnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi (výroba kovových, keramických nebo biologických materiálů). Díky snadnému a unikátnímu použití se počítá s jeho rozsáhlým uplatněním v biomedicíně. Cílem této práce bylo navrhnout koncept spojení AgNPs s antibakteriální aktivitou a technologií 3D tisku.