Самыми большими виновниками внутрибольничных инфекций - на их долю приходится две трети этих инфекций - являются медицинские принадлежности, такие как катетеры, стенты, сердечные клапаны и кардиостимуляторы, поверхность которых часто покрывается бактериальной пленкой.
Но новая обработка поверхности, разработанная группой ученых Калифорнийского университета, может помочь повысить безопасность этих устройств и облегчить экономическую нагрузку на систему здравоохранения. Новый подход, апробированный в лабораторных и клинических условиях, предполагает нанесение тонкого слоя так называемого цвиттер-ионного материала на поверхность устройства и постоянное связывание этого слоя с подложкой с помощью ультрафиолетового облучения. Образовавшийся барьер не позволяет бактериям и другим потенциально опасным органическим материалам прилипать к поверхности и вызывать инфекцию. Результаты разработки опубликованы 19 мая в журнале Advanced Materials.
В лаборатории исследователи провели поверхностную обработку нескольких широко используемых медицинских устройств, а затем протестировали устойчивость модифицированных поверхностей различным видам бактерий, грибков и белков. Они обнаружили, что обработка снижает рост биопленок более чем на 80%, а в некоторых случаях до 93%, в зависимости от штамма микроорганизмов. Обработанные поверхности продемонстрировали устойчивость к адгезии белков и микроорганизмов как в статических, так и в текучих условиях. Кроме того, обработка поверхности предотвращала адгезию фибробластов, не проявляя при этом цитотоксичности.
"Модифицированные поверхности продемонстрировали устойчивость к микроорганизмам и белкам, что является именно тем, чего мы стремились достичь", - сказал Ричард Канер, профессор инновационных материалов Калифорнийского университета и старший автор исследования. "Поверхности значительно уменьшили или даже предотвратили образование биопленок. Наши первые клинические результаты были отличными", - добавил Канер.
Чтобы продемонстрировать клиническую эффективность новой технологии в реальных условиях, был разработан коммерческий силиконовый катетер Фолея с поверхностной обработкой. 16 длительно катетеризированных пациентов получили катетеры с поверхностной обработкой и заполнили опросник. 10 из 16 пациентов описали свое состояние мочевыводящих путей после имплантации как "намного лучше" или "значительно лучше", и 72% (n = 13) пациентов хотели бы продолжать использовать катетер с поверхностной обработкой вместо обычных латексных или силиконовых катетеров.
"Несколько недель назад одна пациентка пришла в Калифорнийский университет, чтобы поблагодарить нас за то, что мы изменили ее жизнь - то, что я, как материаловед, никогда не считал возможным", - рассказал Канер. "Ее предыдущие катетеры засорялись через четыре дня или около того. Она испытывала боль и нуждалась в повторных медицинских процедурах для их замены. Благодаря нашей обработке поверхности она теперь приходит к нам каждые три недели, и ее катетеры работают идеально, не засоряясь и не закупориваясь - необычное явление для предыдущих катетеров".
Такие проблемы с мочевыводящими путями, связанные с катетерами, являются иллюстрацией проблем других медицинских устройств, которые после установки или имплантации могут стать питательной средой для бактерий и роста вредных биопленок. В ответ на это медицинский персонал регулярно назначает пациентам, использующим эти устройства, сильные антибиотики - краткосрочное решение, которое в долгосрочной перспективе создает риск возникновения опасных для жизни антибиотикорезистентных инфекций.
"Прелесть этой технологии, - отмечает Канер, - в том, что она может предотвратить или минимизировать рост биопленки без использования антибиотиков. Это защищает пациентов, использующих медицинские устройства, и, следовательно, защищает всех нас от резистентности микроорганизмов и распространения супербактерий".
По словам Канера, цвиттер-ионные полимеры для обработки поверхностей являются чрезвычайно биосовместимыми, они хорошо поглощают воду, образуя тонкий гидратационный барьер, который препятствует адгезии бактерий, грибков и других органических материалов к поверхностям. Он также отметил, что технология высокоэффективна, нетоксична и относительно недорога по сравнению с другими существующими способами обработки поверхностей медицинских устройств, такими как покрытия с добавлением антибиотиков или серебра.
По словам авторов, помимо использования в медицине, технология обработки поверхностей может иметь и немедицинское применение, например, продлить срок службы устройств для очистки воды и улучшить работу литий-ионных батарей.
