Свет и нанотехнологии объединены для предотвращения биоплёнок на медицинских имплантатах
Хирургические медицинские сетки, изобретённые около 50 лет назад, стали ключевыми элементами в восстановлении после операций на повреждённых тканях, особенно при герниопластике. Их гибкость помогает удерживать мышцы и ускоряет восстановление.
Однако имплантация несёт риск бактериального заражения во время операции и последующего образования инфекционной биоплёнки на поверхности сетки. Эта биоплёнка действует как непроницаемое покрытие, препятствуя проникновению антибиотиков к бактериям. Терапия может не сработать против устойчивых бактерий, что приводит к повторным операциям и даже смерти. По данным EARS-Net, в 2015 году в Европе более 30 000 смертей были связаны с устойчивыми к антибиотикам инфекциями.
Исследователи ICFO и компании B. Braun разработали новую технику, описанную в Nano Letters, которая использует нанотехнологии и фотонику для улучшения свойств хирургических сеток.
Поверхность сетки была химически модифицирована для закрепления миллионов золотых наночастиц, которые эффективно преобразуют свет в тепло в локализованных областях. Эта техника ранее тестировалась в лечении рака.
В in-vitro эксперименте сетку равномерно покрыли наночастицами, проверили стабильность покрытия и отсутствие деградации материала или высвобождения частиц. Равномерное распределение подтвердили с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Модифицированную сетку заразили бактериями S.aureus на 24 часа до образования биоплёнки. Затем её подвергли коротким интенсивным импульсам ближнего инфракрасного света (800 нм) по 30 секунд (20 циклов с перерывами по 4 секунды).
Результаты:
- Освещение вызывало локальные поверхностные плазмонные резонансы в наночастицах, эффективно преобразуя свет в тепло и уничтожая бактерии на поверхности.
- Конфокальная микроскопия показала, что оставшиеся в живых бактерии биоплёнки превращались в планктонные клетки, вновь становясь чувствительными к антибиотикам и иммунному ответу. Мёртвые бактерии теряли адгезию и отслаивались от поверхности при увеличении дозы света.
- Работа в диапазоне ближнего ИК-света оказалась полностью совместимой с in-vivo условиями, не повреждая здоровые ткани.
- Многократный нагрев не снизил эффективность преобразования света сеткой.
Профессор Romain Quidant (ICFO) отметил, что эта техника знаменует радикальное изменение хирургических процедур и послеоперационного восстановления. Dr. Pau Turon (B. Braun) добавил, что технология может быть расширена на другие области, где необходимо избегать биоплёнок.