Незаметные электрические токи могут снизить кожные инфекции
Исследователи впервые создали кожный пластырь, использующий незаметные электрические токи для контроля микробов. Результаты опубликованы 24 октября в журнале Device.
Принцип действия
Учёные из Чикагского университета и Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили, что слабые электрические токи могут вызывать ответ у бактерии Staphylococcus epidermidis, но только в кислой среде. Это свойство они назвали селективной возбудимостью.
- Здоровая кожа человека имеет слабокислую среду.
- Хронические раны, как правило, нейтральны или щелочны.
Эксперимент и результаты
- Стимуляция: Бактерию стимулировали слабым напряжением 1.5 В (ниже безопасного для человека предела в 15 В) в течение 10 секунд каждые 10 минут на протяжении 18 часов.
- Эффект в кислой среде: При идеальном кислом pH электрическая обработка остановила 99% биоплёнки — скопления бактерий, устойчивых к лекарствам.
- Эффект в нейтральной среде: При нейтральном pH лечение не показало никакого эффекта.
- Генетический анализ: После стимуляции у S. epidermidis снизилась экспрессия нескольких генов, включая гены, связанные с устойчивостью к антибиотикам и образованием биоплёнки.
Устройство BLAST
Для лечения кожных ран команда разработала кожный пластырь Bioelectronic Localized Antimicrobial Stimulation Therapy (BLAST). Он содержит:
- Электроды
- Гидрогель для создания кислой среды
Тестирование на свиной коже, инокулированной S. epidermidis, показало после 18-часового цикла лечения:
- Значительное уменьшение покрытия биоплёнкой
- Снижение количества клеток бактерий почти в 10 раз по сравнению с необработанным образцом.
- Аналогичный антимикробный эффект был подтверждён на поверхности катетера.
Значение и перспективы
Это открытие прокладывает путь к безмедикаментозному лечению, особенно актуальному в условиях глобального кризиса устойчивости к антибиотикам. По оценкам, в 2019 году устойчивые к лекарствам инфекции могли способствовать около 1.27 миллиона смертей во всём мире.
S. epidermidis — часть естественной микробной экосистемы кожи, и её полное уничтожение нежелательно. Электрический контроль позволяет точечно управлять бактерией, не уничтожая её полностью.
В перспективе, после дальнейших исследований безопасности и эффективности, можно создать носимый пластырь с беспроводной схемой для контроля инфекций без лекарств.