تیمی از فیزیک پیشگان و بیوتکنولوژیست ها در ایتالیا بر روی اکسید گرافین تحقیقاتی انجام داده و به این نتیجه رسیده اند که اکسید گرافین خواص ضدباکتری و ضدقارچ داشته و اثر مفیدی بر خلاف عوامل مهم بیماری زای انسانی دارد. پوشش دادن ابزار و قطعات پزشکی با این ماده ی برپایه ی کربن می تواند به کاهش عفونت ها بویژه پس از یک عمل جراحی کمک شایانی کرده و همچنین به کاهش استفاده از آنتی بیوتیک ها و مقاومت در مقابل آنتی بیوتیک منجر شود.

گرافین ورقه ای به ضخامت یک اتم است که ویژگی های منحصربفرد بسیاری دارد. اکسید گرافن ماده ای لایه ای، ساخته شده از ورقه های گرافینی اکسیدشده با مولکول هایی همچون اپوکسید و کربوکسیل و گروه های هیدروکسیل بر روی سطح آن است. چنان لایه هایی را می­توان به سهولت و با هزینه ی کم و با اکسیدساختن گرافیت بوجود آورد و برای تنظیم ویژگی های آن با پلیمرهای مختلفی آمیخته کرد.

چاقوی نانو

اگرچه این اولین باری نیست که ویژگی های ضدمیکروبیِ اکسیدگرافن گزارش شده است اما پژوهش گرانی که در دانشگاه کاتولیک Sacred Heart و موسسه سیستم های پیچیده در رم می گویند نتایج پیشین در این رابطه بحث برانگیز بوده اند. درعوض آن ها به این نتیجه رسیده اند که چگونگی تحت تاثیر قرار دادن عملکرد ضدمیکروبی را بسته به اندازه و غلظت ورقه های اکسید گرافین تحلیل کنند. والنتینا پالمیری (Valentina Palmieri ) سرپرست این تیم تحقیقاتی توضیح می دهد که میزان تاثیر ضدمیکروبیِ اکسید گرافن «به اندازه اش، میزان باکتری که در معرض این ماده قرار می گیرد و دیگر ملاحظات تجربی بستگی دارد».

این تیم اثر اکسیدگرافین را بر روی سه باکتری مورد آزمایش قرار داده اند: استافیلوکوکوس اورئوس (Staphylococcus aureus) و انتروکوکوس فکالیس (Enterococcus faecalis) که هر دو عفونت های بیمارستانی و فرصت طلب را موجب می شوند و باکتری اشریشیا کلی (Escherichia coli) که می تواند مسمومیت های غذایی جدی را باعث شود. این پژوهش گران دریافتند که ورقه های 200 نانومتری از اکسیدگرافین در یک محلول آب، 90 درصد از باکتری های اورئوس و فکالیس و حدود 50 درصد باکتری های کلی را در کمتر از دو ساعت از بین می برد. اکسیدگرافین حتی در غلظت هایی کمتر از 10 میکروگرم در میلی لیتر نیز درمقابله­ی با باکتری ها اثر مفیدی دارد. به بیان پالمیری: «ورقه های گرافینی قادرند تا غشاهای باکتری را همچون یک چاقوی نانو بریده و باکتری را همچون یک پتو بپیچند و مانع رشد آن شوند یا می توانند مولفه های سلولی باکتری را اکسیده سازند،» این تیم همچنین دریافتند که اکسید گرافین در مقابل باکتریِ کاندیدا آلبیکنس نیز قرار می گیرند که بانی عفونت های قارچی فرصت طلبی همچون برفک است؛ بازدهی مقابله اکسیدگرافین در مقابل این باکتری ها نیز مشابه باکتری کولی است.

مقاومت بیشتر

مقاومت آنتی بیوتیکی مشکلی است که روندی افزاینده دارد. هرساله حدود 25 هزار نفر در اروپا در اثر عفونت­های باکتریایی مقاوم، جان خود را از دست می دهند. بدون عوامل ضدباکتری جدید، دستورالعمل های معمول پزشکی و اعمال جراحی غیرممکن خواهند شد. به بیان پالمیری هرچند باکتری سریعاً به آنتی بیروتیک ها مقاوم می شود، اما «سازوکار ضدباکتری اکسیدگرافین برپایه ی جراحی مکانیکی و اکسیدسازی شیمیایی» جلوی توسعه ی مقاومت آن را می گیرد.

محققان همچنین خاظرنشان می کنند که اکسیدگرافین می تواند با پلیمرهای زیست سازگار آمیخته شود تا یک پوشش ضدباکتری مناسب برای تجهیزات پزشکی مستعدِ ابتلا به کلونی­های باکتری (همچون کاتترها) ساخته شود. برای مثال ابزارهای جراحی پوشیده شده با این ماده می تواند باکتری ها را از بین ببرد. این کار باعث می­شود تا نیاز به آنتی بیوتیک ها کاهش یافته و عفونت بعد از عمل و زمان بازیابی برش در جراحی، کاهش پیدا کند. پژوهش این تیم بخشی از پروژه­ی اتحادیه­ی اروپا موسوم به VANGUARD است که امکان­سنجی استفاده از اکسیدگرافن برای کمک به تعمیر و بازتولید ارگان ها و بافت های آسیب دیده را آزمایش می کند.

به گفته ی پالمیری: «این کاربردها می تواند در مدیریت عفونت های بیمارستانی، پژوهشی انقلابی به حساب آید، بویژه برای بیماران دچار نقص ایمنی. هزینه ی پایین اکسیدگرافین آن را به شکل ویژه برای کنترل عفونت در کشورهای کم درآمد مناسب می سازد.»

لورا پیدیک (Laura Piddock) مدیر اقدام آنتی­بیوتیک و رئیس تعهد عمومی در انجمن بریتانیایی شیمی­درمانیِ ضدمیکروبی، به physicsworld.com می­گوید که این پژوهش «جالب توجه است و می تواند پایه­ی عامل پیش گیری کننده ی جدیدی به حساب آید. با این حال راه بسیار طولانی درپیش است تا نشان داده شود که این موضوع می­تواند به دارویی تبدیل شود که هم ایمن است و هم اثربخش». تیم پالمیری اکنون در صدد آن است تا اثر اکسید گرافین را بر روی دیگر پاتوژن ها (همچون باکتری مقاوم در برابر آنتی بیوتیک، شبیه آورئوس مقاوم به متی سینین، ویروس ها و دیگر قارچ ها) آزمایش کنند.

این پژوهش در شصتمین نشست سالانه ی انجمن بیوفیزیک در لوس آنجلس ارائه شده است.

درباره‌ی نویسنده:

مایکل آلن (Michael Allen) نویسنده ی علمی در بریستول انگلستان است.

منبع:

Tapping into graphene-oxide's antibacterial properties to fight infections