Исследователи из университета Теннесси и Сиракузского университета (США) предложили альтернативу традиционному использованию антибиотиков для борьбы с инфекциями. Вместо уничтожения бактерий они разрабатывают специальные поверхности для медицинских имплантатов, которые препятствуют прикреплению микробов к ним и образованию биопленок. Результаты работы опубликованы в журналах MRS Bulletin и Biomaterials Science.
Обычные металлические и полимерные материалы, из которых делают катетеры, клапаны сердца и ортопедические имплантаты, являются статичными. Это делает их уязвимыми: бактерии легко на них оседают, формируют защитную пленку и становятся в тысячу раз менее чувствительными к лекарствам. Инфекции на таких устройствах развиваются в тысячи раз быстрее, чем в живых тканях, и являются причиной более половины внутрибольничных заражений.
Ключевое открытие в том, что бактерии по-разному реагируют на микрорельеф поверхности. Ученые выяснили, как микробы «считывают» топографию, и решили создать материалы, которые будут им неинтересны. Идея в том, чтобы имитировать живые ткани человека, которые постоянно движутся и активно сопротивляются вторжению чужеродных тел, в отличие от неподвижных искусственных поверхностей.
Разработчики создали покрытие, напоминающее реснички (цилии) на клетках человека. Материал покрыт микроскопическими гибкими столбиками, которые можно заставить ритмично двигаться с помощью температуры или магнитного поля. Такая «активная топография» заставляет поверхность вибрировать, что удаляет до 99,9% прикрепившихся бактерий и уже сформировавшихся биопленок. Позднее покрытие дополнительно обработали муцином — белком, который отталкивает бактерии.
Сейчас команда уже разрабатывает прототип самоочищающегося мочевого катетера. Обычные трубки приходится менять каждые 2−4 дня, так как они быстро забиваются биопленкой и минеральными отложениями. Сейчас процесс замены устройства болезнен и травмирует ткани, а если его не делать вовремя, инфекция может подняться в почки или вызвать сепсис. Новая технология позволит продлить безопасный срок службы катетера с нескольких дней до недель, что критически важно для пациентов, вынужденных пользоваться им месяцами или пожизненно.
Разработчики уверены, что подвижная поверхность, вдохновленная биологическими механизмами, поможет создавать более надежные и долговечные медицинские изделия, повышая комфорт и безопасность пациентов.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что раскрыт секрет провала антибиотиков в некоторых случаях.