Микрошипы на титане уничтожают устойчивые супербактерии
Новое исследование показывает, что шероховатые поверхности, вдохновленные бактерицидными шипами на крыльях насекомых, могут быть эффективнее против устойчивых супербактерий, включая грибки, чем считалось ранее.
Ученые из Университета RMIT разработали паттерн микроскопических шипов, который можно наносить методом травления на титановые имплантаты или другие поверхности для обеспечения эффективной, безантибиотиковой защиты от бактерий и грибков.
Исследование, опубликованное в Advanced Materials Interfaces, проверило эффективность модифицированной титановой поверхности против мультирезистентного Candida — потенциально смертоносного грибка, ответственного за 10% внутрибольничных инфекций, связанных с медицинскими устройствами.
Специально разработанные шипы, высота каждого из которых сравнима с бактериальной клеткой, уничтожили около половины клеток вскоре после контакта. Важно, что другая половина, не уничтоженная сразу, стала нежизнеспособной из-за полученных повреждений и не могла размножаться или вызывать инфекцию.
Метаболический анализ активности белков показал, что клетки грибков Candida albicans и мультирезистентного Candida auris, получившие повреждения на поверхности, были фактически мертвы.
«Клетки Candida, которые были повреждены, подверглись обширному метаболическому стрессу, что предотвратило процесс их размножения для создания смертоносной грибковой биопленки, даже через семь дней», — сказал ведущий исследователь доктор Денвер Линклатер. — «Они не могли восстановиться в нестрессовой среде и в конечном итоге отключились в процессе, известном как апоптоз, или запрограммированная гибель клеток».
Эффективность поверхности против распространенных патогенных бактерий, включая золотистый стафилококк, была продемонстрирована в более раннем исследовании, опубликованном в Materialia.
«Тот факт, что клетки погибли после первоначального контакта с поверхностью — одни в результате разрыва, другие вскоре после этого в результате запрограммированной гибели — позволяет предположить, что устойчивость к этим поверхностям не разовьется», — сказала руководитель группы, профессор Елена Иванова. — «Это важное открытие, и оно также предполагает, что способ измерения эффективности антимикробных поверхностей, возможно, нуждается в переосмыслении».
«Это последнее исследование предполагает, что, возможно, не совсем необходимо, чтобы все поверхности немедленно уничтожали все патогены при контакте, если мы можем показать, что поверхности вызывают запрограммированную гибель клеток в выживших клетках, то есть они умирают в любом случае», — добавила она.
Группа RMIT более десяти лет является мировым лидером в разработке антимикробных поверхностей, вдохновленных наностолбиками, покрывающими крылья стрекоз и цикад. Сама Иванова была среди первых, кто наблюдал, как при оседании бактерий на крыле насекомого паттерн наностолбиков разрывает клетки, фатально повреждая мембраны.
Ее команда достигла последнего прогресса, используя технику плазменного травления для создания антибактериального и противогрибкового паттерна на титане.
«Эта новая техника модификации поверхности может иметь потенциальное применение в медицинских устройствах, но также может быть легко адаптирована для стоматологических применений или для других материалов, таких как нержавеющие стальные поверхности, используемые в производстве продуктов питания и сельском хозяйстве», — сказала Иванова.