Zeitschrift für fortgeschrittene Chemieingenieurwesen

Abstrakt

Schnell wirkende, breitbandige antimikrobielle Polymere zur Bekämpfung eines wachsenden globalen Gesundheitsproblems

Richard J Spontak

Das Anhaften von Krankheitserregern wie Bakterien und Viren an verschiedenen Oberflächen führt regelmäßig zur Übertragung auf neue Wirte und fördert so die Verbreitung potenziell schädlicher Organismen erheblich. Diese Abfolge ist besonders besorgniserregend im Fall antibiotikaresistenter Krankheitserreger, die zu einer globalen Bedrohung für die menschliche Gesundheit werden. Nach Angaben der US-amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention ist einer von zwanzig Krankenhauspatienten von nosokomialen Infektionen betroffen, was allein in den Vereinigten Staaten jährlich 100.000 Todesfälle zur Folge hat. Davon sind etwa 23.000 Todesfälle auf medikamentenresistente Krankheitserreger wie Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA) zurückzuführen. Im Jahr 2017 wurden auf der ganzen Welt Stämme gemeldet, die oft als „alptraumhafte Superbakterien“ bezeichnet werden und eine stark erhöhte Resistenz gegen Antibiotika der letzten Wahl aufweisen. Während Metalle (Oxide) als Oberflächen verwendet oder als Nanopartikel in eine breite Palette von Substraten eingebracht wurden, um als antimikrobielle Wirkstoffe zu dienen und eine breite Palette von Krankheitserregern auszurotten, leiden sie alle unter einer letztendlichen Erschöpfung ihrer Reservoirs oder einer mikrobiellen Resistenz und sind in der Regel pathogen- oder zustandsspezifisch. Darüber hinaus können diese Nanopartikel, wenn sie nicht kovalent gebunden oder fest eingebettet sind, in die Umwelt gelangen und zusätzliche Gesundheitsrisiken verursachen. In dieser Studie diskutieren wir zunächst ein photodynamisches Polymer, das aus einem olefinischen thermoplastischen Elastomer besteht, das mit Zinktetra(4-N-methylpyridyl)porphin (ZnTMPyP4+), einem photoaktiven antimikrobiellen Mittel, modifiziert ist, und zeigen, dass diese Kombination bei der Inaktivierung von 5 Bakterienstämmen, darunter MRSA, 3 verschiedenen Viren und einem Pilz, bei Einwirkung von nichtkohärentem Licht wirksam ist. Diese Methode, die auf der Bildung von Singulett-Sauerstoff beruht, erreicht eine antibakterielle und antivirale Wirksamkeit von mindestens 99,89 % und stellt damit einen unspezifischen und äußerst erfolgreichen Weg dar, um schädliche Krankheitserreger durch einfache Einwirkung von sichtbarem Licht und Sauerstoff zu eliminieren. Eine andere wirksame Strategie verwendet nur Wasser und einen pH-Anstieg, um 99,9999 % der antibiotikaempfindlichen/antibiotikaresistenten Bakterien und mehrere Viren in nur 5 Minuten abzutöten.