Обнаружены новые материалы, устойчивые к бактериям

Учёные из Ноттингемского университета с помощью передовых технологий открыли новый класс полимеров, устойчивых к прикреплению бактерий. Эти материалы могут значительно снизить количество внутрибольничных инфекций и отказов медицинских устройств.

Инфекции, связанные с медицинскими устройствами, могут приводить к системным заражениям или поломке устройств, что обходится Национальной службе здравоохранения Великобритании в £1 млрд в год. Бактерии, поражающие распространённые устройства, такие как мочевые и венозные катетеры, образуют сообщества — биоплёнки. Этот подход «силы в количестве» защищает их от естественной защиты организма и антибиотиков.

Эксперты из Школы фармации и Школы молекулярных медицинских наук показали, что при нанесении новых материалов на поверхность медицинских устройств они отталкивают бактерии и предотвращают формирование биоплёнок.

Исследование возглавляли профессор Морган Александер и профессор Мартин Дэвис из Школы фармации, а также профессор Пол Уильямс из Школы молекулярных медицинских наук. Результаты опубликованы в журнале Nature Biotechnology.

Новые материалы удалось найти с помощью новой методики

Исследователи полагали, что существуют материалы с лучшей устойчивостью к бактериям, но их нужно было найти. Это потребовало скрининга тысяч различных химических составов и тестирования их реакции на бактерии — задача, выходящая за рамки традиционной разработки материалов и текущего понимания взаимодействия микроорганизмов с поверхностями.

Открытие стало возможным благодаря помощи экспертов из Массачусетского технологического института (MIT), которые изначально разработали процесс, позволяющий одновременно тестировать тысячи уникальных полимеров.

Профессор Александер заявил: «Это крупный научный прорыв — мы обнаружили новую группу структурно родственных материалов, которые резко снижают прикрепление патогенных бактерий (Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus и Escherichia coli). Мы не смогли бы найти эти материалы, используя текущее понимание взаимодействия бактерий с поверхностью. Технология, разработанная при помощи MIT, означает, что сотни материалов можно одновременно проверять для выявления новых взаимосвязей структура-свойство. Всего было исследовано тысячи материалов с помощью этого высокопроизводительного подхода к открытию материалов, что привело к идентификации новых материалов, устойчивых к бактериальному прикреплению. Этого нельзя было достичь с помощью традиционных методов».

Эти новые материалы предотвращают инфекцию, останавливая формирование биоплёнки на самой ранней стадии — когда бактерии только пытаются прикрепиться к устройству. В лабораторных условиях экспертам удалось снизить количество бактерий до 96,7% по сравнению с коммерчески доступным катетером, содержащим серебро. Материалы также эффективно сопротивлялись бактериальному прикреплению в модели инфекции имплантата у мыши. Предотвращая прикрепление бактерий, собственная иммунная система организма может уничтожить их до того, как они успеют сформировать биоплёнки.

Тед Бьянко, директор по трансферу технологий Wellcome Trust, сказал: «Инфекции, вызванные микробными биоплёнками, связывающимися с поверхностью имплантатов, часто невозможно вылечить обычными антибиотиками. Это делает их серьёзной проблемой в уходе за пациентами, особенно для тех, у кого есть установленные медицинские устройства, такие как катетеры, сердечные клапаны и протезы суставов. Открытие этих новых полимеров — отличный пример того, как достижения в материаловедении используются для улучшения характеристик критически важных медицинских компонентов. Подобно тому, как материаловедение подарило нам антипригарную сковороду, мы с нетерпением ждём дня появления "антипригарных" медицинских устройств».

Бактериальное прикрепление и последующее образование биоплёнок являются ключевыми проблемами для работы медицинских устройств. Это исследование находится на ранней стадии, но первоначальные результаты очень многообещающи. Следующим этапом будет разработка методов производства этих покрытий для клинической оценки их эффективности. Изобретатели уже ведут предварительные переговоры с рядом компаний-производителей медицинского оборудования.