Инженеры-биомедики из Университета Брауна (США) разработали новый перевязочный материал, который выделяет антибиотики только при наличии в ране патогенных бактерий.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, авторы показывают, что этот материал может помочь быстро устранить раневые инфекции, ускорить заживление и одновременно сократить ненужное использование антибиотиков — основной причины устойчивости к антибиотикам трудноизлечимых инфекций, вызываемых "супербактериями", которые уносят десятки тысяч жизней во всем мире каждый год. Новый материал представляет собой "умный" гидрогель, содержащий антибиотик, который можно накладывать непосредственно на рану под повязкой. Гидрогель чувствителен к ферментам, вырабатываемым различными видами вредных бактерий. При наличии фермента гидрогель начинает разлагаться, высвобождая содержащиеся внутри антибиотики. Но когда патогенных бактерий нет, гидрогель остается неповрежденным, надежно удерживая содержащийся в нем антибиотик.
"Резистентность к противомикробным препаратам является серьезной проблемой во всем мире, поэтому нам нужны более совершенные подходы к использованию антибиотиков", - сказала руководитель исследования Анита Шукла. "Мы разработали материал, который высвобождает антибиотики только при наличии патогенов, поэтому он ограничивает воздействие антибиотиков, когда в них нет необходимости, но при этом обеспечивает эти важные лекарства, когда они необходимы". В ходе исследования ученые протестировали свой гидрогелевый материал, показав, что он обладает высокой селективностью к присутствию ферментов, вырабатываемых бактериями, вызывающими раневую инфекцию, и что он может способствовать лучшему устранению инфекции и заживлению ран по сравнению с обычными гидрогелевыми повязками, которые сегодня широко используются в клинической практике.
Гидрогели - это желеобразные материалы, состоящие в основном из воды и длинных полимерных молекул, похожих на спагетти. Полимеры удерживаются вместе более мелкими молекулами, называемыми сшивающими элементами, которые сохраняют гидрогель неповрежденным. Для создания этого нового материала исследователи использовали сшивающий агент, который разрушается при контакте с ферментами бета-лактамазами, которые вырабатываются широким спектром бактерий. Это разрушение позволяет структуре гидрогеля распадаться и высвобождать содержащийся внутри антибиотик. В ходе лабораторных экспериментов исследователи подтвердили, что материал разлагается только в присутствии патогенных бактерий, продуцирующих бета-лактамазу. Когда присутствовали только безвредные бактерии, которые не продуцируют бета-лактамаз, материал оставался неповрежденным и не приводил к развитию устойчивости к антибиотикам при длительном воздействии гидрогелевой повязки.
По мнению исследователей, такая избирательность в отношении бета-лактамаз имеет решающее значение. Подтверждение специфичности бета-лактамаз означает, что высвобождение антибиотиков происходит только в присутствии патогенов, вызывающих инфекцию, и воздействие на здоровую микрофлору кожи может быть значительно снижено. Исследование также показало, что до тех пор, пока не начнется разложение, материал прочно удерживает содержащийся в нем антибиотик. "Это действительно очень стабильная рецептура, которая не позволяет антибиотику вымываться", - говорит Шукла. "Он действительно удерживается там до тех пор, пока не начнет вырабатываться значительное количество бета-лактамазы, которая может вызвать разрушение гидрогеля".
В серии экспериментов на мышах исследователи показали, что однократное нанесение гидрогеля может полностью устранить бактериальную инфекцию в ране. Новый материал также превосходит по своим свойствам антимикробные повязки, которые сегодня широко используются как для уничтожения бактерий, так и для заживления ран. В совокупности полученные результаты указывают на новый многообещающий способ борьбы с раневыми инфекциям. "Наши результаты показывают, что эти умные гидрогели, реагирующие на бактериальные ферменты, обладают потенциалом для целенаправленного устранения инфекций по требованию, сводя к минимуму ненужное воздействие антибиотиков", - заключают исследователи. Авторы запатентовали свое изобретение и работают над дальнейшим развитием технологии для потенциальной коммерциализации.
