Больница или медицинская клиника могут быть последним местом, где вы ожидаете подхватить неприятную инфекцию, но примерно 1,7 миллиона американцев делают это каждый год, что приводит к почти 100 000 смертей от осложнений, связанных с инфекцией, и примерно 30 миллиардам долларов прямых медицинских расходов.
Эксперты говорят, что основными виновниками, на которые приходится две трети этих инфекций, являются медицинские устройства, такие как катетеры, стенты, сердечные клапаны и кардиостимуляторы, поверхности которых часто покрываются вредными бактериальными пленками. Но новая обработка поверхности, разработанная группой ученых под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, может помочь повысить безопасность этих устройств и снизить экономическую нагрузку на систему здравоохранения.
Новый подход, проверенный как в лабораторных, так и в клинических условиях , включает в себя нанесение тонкого слоя так называемого цвиттерионного материала на поверхность устройства и постоянное связывание этого слоя с нижележащим субстратом с помощью облучения ультрафиолетовым светом. Образовавшийся барьер не позволяет бактериям и другим потенциально опасным органическим материалам прилипать к поверхности и вызывать инфекцию.
Выводы команды опубликованы 19 мая в журнале Advanced Materials.
В лаборатории исследователи применили обработку поверхности к нескольким часто используемым материалам для медицинских устройств, а затем проверили устойчивость модифицированных материалов к различным типам бактерий, грибков и белков. Они обнаружили, что обработка уменьшила рост биопленки более чем на 80%, а в некоторых случаях до 93%, в зависимости от микробного штамма.
«Модифицированные поверхности продемонстрировали надежную устойчивость к микроорганизмам и белкам, и это именно то, чего мы стремились достичь», — сказал Ричард Канер, профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе по инновациям в области материалов доктор Мён Ки Хонг и старший автор исследования. «Поверхности значительно уменьшили или даже предотвратили образование биопленки.
«И наши ранние клинические результаты были выдающимися», — добавил Канер.
В клиническом исследовании приняли участие 16 длительно использующих мочевые катетеры, которые перешли на силиконовые катетеры с новой цвиттерионной обработкой поверхности. Этот модифицированный катетер является первым продуктом, произведенным компанией, основанной Канером на базе его лаборатории, SILQ Technologies Corp., и был одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для использования у пациентов.
Десять пациентов описали свое состояние мочевыводящих путей при использовании катетера с обработанной поверхностью как «намного лучше» или «намного лучше», а 13 предпочли продолжить использование нового катетера по сравнению с обычными вариантами из латекса и силикона после окончания периода исследования.
«Одна пациентка приехала в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе несколько недель назад, чтобы поблагодарить нас за то, что мы изменили ее жизнь — что-то, что я как материаловед никогда не считал возможным», — сказал Канер. «Ее предыдущие катетеры блокировались через четыре дня или около того. Она испытывала боль и нуждалась в повторных медицинских процедурах, чтобы заменить их. С нашей обработкой поверхности она теперь приходит каждые три недели, и ее катетеры работают отлично, без инкрустации или окклюзии. обычное явление с ее предыдущими».
Такие проблемы с мочевыводящими путями, связанные с катетером, являются иллюстрацией проблем, с которыми сталкиваются другие медицинские устройства, которые после введения или имплантации могут стать питательной средой для бактерий и вредного роста биопленки, сказал Канер, член Калифорнийского института наносистем в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, который также выдающийся профессор химии и биохимии, а также материаловедения и инженерии. Патогенные клетки, откачиваемые этими высокоустойчивыми биопленками, затем вызывают повторяющиеся инфекции в организме.
В ответ медицинский персонал регулярно дает сильные антибиотики пациентам, использующим эти устройства, что является краткосрочным решением, которое создает долгосрочный риск создания опасных для жизни, устойчивых к антибиотикам инфекций «супербактерий». По словам Канера, чем шире и чаще назначаются антибиотики, тем выше вероятность того, что бактерии выработают к ним устойчивость. В знаменательном отчете Всемирной организации здравоохранения за 2014 год чрезмерное использование антибиотиков признано непосредственной угрозой общественному здравоохранению, а официальные лица призывают к агрессивным действиям, чтобы предотвратить «эпоху постантибиотиков, в которой распространенные инфекции и незначительные травмы, которые лечились в течение десятилетий, могут однажды снова убить».
«Прелесть этой технологии, — сказал Канер, — заключается в том, что она может предотвратить или свести к минимуму рост биопленки без использования антибиотиков».
Известно, что цвиттерионные полимеры для обработки поверхности чрезвычайно биосовместимы и очень плотно поглощают воду, образуя тонкий гидратационный барьер, который предотвращает прилипание бактерий , грибков и других органических материалов к поверхностям, сказал Канер. Кроме того, он отметил, что эта технология очень эффективна, нетоксична и относительно недорога по сравнению с другими современными методами обработки поверхности медицинских устройств, такими как покрытия с добавлением антибиотиков или серебра.
По словам Канера, помимо использования в медицинских устройствах , метод обработки поверхности может иметь немедицинское применение, потенциально продлевая срок службы устройств для очистки воды и повышая производительность литий-ионных аккумуляторов.
