Учёные открыли «лабиринт» из материалов, предотвращающий бактериальные инфекции

Учёные из Ноттингемского университета обнаружили, что определённые поверхностные узоры могут резко снизить способность бактерий размножаться на пластиках. Это открытие может предотвращать инфекции на медицинских устройствах, таких как катетеры.

Результаты исследования, опубликованные в Nature Communications, показывают, что когда бактериальные клетки сталкиваются с узором из канавок на поверхности, они теряют способность формировать биоплёнки.

Биоплёнки — это «слизевые города» на поверхностях, которые защищают бактерии от естественных защитных механизмов организма. Предотвращение их формирования означает, что инфекция останавливается до того, как сможет закрепиться, и активирует иммунную систему для уничтожения отдельных бактерий.

Исследование возглавляли профессор Пол Уильямс (Школа наук о жизни) и профессор Морган Александер (Школа фармации) вместе с коллегами из Школы компьютерных наук Ноттингемского университета и Яном ДеБуром из Нидерландов.

Многие медицинские имплантаты (катетеры, дыхательные трубки) сделаны из пластика. Как только бактерии прикрепляются к поверхности и формируют биоплёнку, их становится крайне сложно лечить антибиотиками.

Поэтому много усилий направлено на предотвращение прикрепления бактерий, например, путём добавления антибиотиков в пластик.

В новом исследовании команда описала, как им удалось выявить узоры, предотвращающие формирование биоплёнок, протестировав более 2000 дизайнов, созданных из разных пластиков, включая полиуретан (часто используемый в медицинских устройствах).

На наиболее эффективном узоре они обнаружили, что небольшие углубления в выступающем рельефе ловят бактериальные клетки, заставляя их производить смазку, которая мешает им прилипать к поверхности пластика. Это блокирует формирование биоплёнки и облегчает иммунным клеткам организма уничтожение бактерий.

Профессор Пол Уильямс: «Предыдущие исследования показали, что добавление антибиотиков в медицинские устройства имеет недостатки, например, способствует развитию устойчивости. Мы пошли дальше и хотели выяснить, можно ли создать простой рельеф на катетере из того же материала, который бактериям не понравится... Мы протестировали разные виды бактерий на более чем 2000 различных форм. Нам пришлось использовать машинное обучение, чтобы определить, какие формы лучше всего предотвращают образование биоплёнок».

Профессор Морган Александер: «Использование физически структурированных поверхностей имеет преимущество перед покрытиями, так как может быть применено к существующим материалам устройств, снижая барьер для коммерческого применения. Наше открытие может сэкономить NHS [Национальной службе здравоохранения Великобритании] много денег».