Новая антимикробная поверхность снижает накопление бактерий на медицинских инструментах
Исследователи из Университета Монаша создали новые антимикробные поверхности, которые могут значительно снизить образование бактерий на медицинских инструментах, таких как мочевые катетеры, и уменьшить риск инфицирования пациентов в больнице.
Это первое в мире исследование демонстрирует потенциал 3D-инженерных поверхностей в предотвращении начального формирования микроколоний Escherichia coli (E. coli), Klebsiella pneumoniae и Pseudomonas aeruginosa — трёх наиболее распространённых бактериальных инфекций мочевыводящих путей (ИМП), связанных с катетерами.
Команда под руководством доктора Виктора Кадарсо создала поверхности с гладкими 3D-микроструктурами вместо традиционных острых, чтобы уменьшить возможность прикрепления вредных бактерий в больших количествах.
Протестированные поверхности продемонстрировали снижение как прикрепления бактерий, так и образования биоплёнок. Одна из поверхностей, P01, показала отличные свойства против E. coli, K. pneumoniae и P. aeruginosa с уменьшением прикреплённых бактериальных клеток на 55%, 69% и 68% и уменьшением сформированных микроколоний на 53%, 77% и 66% соответственно.
ИМП, связанные с мочевыми катетерами, являются наиболее распространённым типом внутрибольничных инфекций. Всемирная организация здравоохранения (WHO) определила их как неотложную глобальную угрозу здоровью.
Примерно каждый пятый госпитализированный пациент в мире получает мочевой катетер. По оценкам, 13 000 человек ежегодно умирают от ИМП, и ещё 700 000 — от связанных с ними инфекций из-за устойчивости супербактерий к антибиотикам и текущим методам стерилизации.
Исследование опубликовано в международном журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
«Используя E. coli в качестве примера, мы обнаружили, что бактериальные клетки, формирующиеся на поверхностях, делают это в основном на острых углах. Устраняя эти острые элементы, бактерии больше не могут так эффективно колонизировать поверхность. Этот же эффект был продемонстрирован для двух других патогенов в этом исследовании», — сказала Сара Гавамиан, создавшая эти поверхности.
«Высококонтактные поверхности в больницах, такие как катетеры и вентиляторы, являются значительным источником распространения микробов и внутрибольничных инфекций. Контроль инфекций путём физического изменения микроархитектуры этих поверхностей, а не традиционного использования химических агентов, является не только более долговечным подходом, но и эффективной стратегией борьбы с устойчивостью к противомикробным препаратам».
Бактериальная колонизация поверхностей происходит со временем. После прикрепления бактерий запускается серия клеточных реакций, и формируются микроколонии из сотен клеток. После успешной колонизации бактерии образуют биоплёнку — большое сообщество клеток в «секретируемом клеточном матриксе», который защищает их от антибиотиков и иммунной системы.
Исследователи продемонстрировали, что их 3D-инженерные микротопографии с гладкими изогнутыми сечениями могут одновременно препятствовать как начальному прикреплению, так и формированию биоплёнок для трёх клинически значимых бактерий.
В ходе скрининга было выявлено, что острые углы вертикальных стенок в обычных микроструктурированных поверхностях давали бактериям идеальные укрытия. Гипотеза исследователей заключалась в том, что сглаживание этих углов лишит бактерий места для укрытия.
«В отличие от обычных острых микроструктурированных поверхностей, наш гладкий дизайн продемонстрировал одновременное снижение как количества прикрепившихся бактерий, так и формирования микроколоний по сравнению со стандартными плоскими поверхностями», — отметила Сара.
Разработка стратегий предотвращения бактериальной колонизации поверхностей без использования противомикробных препаратов или химикатов критически важна для остановки образования биоплёнок и потенциального распространения опасных заболеваний.