Титановые шипы убивают супербактерии

Вдохновленные структурами, убивающими бактерии, которые можно увидеть на крыльях некоторых насекомых, исследователи разработали безмедикаментозный способ уничтожения устойчивых к лекарствам микробов, которые обычно вызывают внутрибольничные инфекции. Их метод — новый и эффективный способ решения проблемы устойчивых к антибиотикам супербактерий.

Хирургическое вмешательство может привести к инфекции, а с ростом числа устойчивых к лекарствам микробов обеспечить эффективное лечение становится все труднее. В то время как бактерии обычно являются основными виновниками инфекции, устойчивые к лекарствам виды грибов Candida также оказываются проблематичными. Они не только могут эффективно колонизировать и образовывать биопленки на имплантированных материалах, что приводит к внутрибольничным инфекциям, но также приводят к плохим клиническим результатам.

Когда они вставляют такие вещи, как титановые бедра или зубные протезы, врачи используют ряд противомикробных покрытий, химикатов и антибиотиков, чтобы предотвратить развитие инфекции. Но эти меры не будут столь же эффективны или вообще эффективны, если рассматриваемый микроб развил устойчивость.

Но исследователи из Университета RMIT придумали новый, не требующий лекарств способ уничтожения супербактерий, вдохновленный антимикробной поверхностью крыльев некоторых насекомых. Насекомые, такие как стрекозы, цикады и стрекозы, имеют крошечные столбики – наностолбики – на поверхности крыльев, которые действуют как «механобиоцид», физически разрывая бактериальные клетки и убивая их.

«Это как растянуть латексную перчатку», — сказала Елена Иванова, автор исследования. «Поскольку латекс медленно растягивается, самое слабое место в латексе становится тоньше и в конечном итоге рвется».

Итак, исследователи приступили к созданию своего собственного механобиоцида, разработав поверхность титана, покрытую специально разработанными микрошипами, каждый размером с бактериальную клетку, используя технику, называемую плазменным травлением.

Они проверили эффективность поверхности в уничтожении Candida с множественной лекарственной устойчивостью и обнаружили, что около половины клеток были уничтожены вскоре после контакта с шипами. Примечательно, что другая половина – клетки, которые не были немедленно уничтожены – были настолько повреждены, что не смогли размножаться или вызывать инфекцию.

«Поврежденные клетки Candida подверглись сильному метаболическому стрессу, предотвращающему процесс размножения с образованием смертоносной грибковой биопленки даже через семь дней», — сказал Денвер Линклейтер, один из соавторов исследования. «Их не удалось возродить в условиях отсутствия стресса, и в конечном итоге они остановились в процессе, известном как апоптоз, или запрограммированная смерть клеток».

В предыдущем исследовании, опубликованном в журнале Materialia, уже было обнаружено, что микропиллярная титановая поверхность эффективна против двух распространенных патогенов: Staphylococcus aureus («Золотой стафилококк») и бактерий Pseudomonas aeruginosa.

«Тот факт, что клетки погибли после первоначального контакта с поверхностью – некоторые в результате разрыва, а другие в результате запрограммированной гибели клеток вскоре после этого – предполагает, что устойчивость к этим поверхностям не будет развита», – сказала Ивановна. «Это важный вывод, который также предполагает, что способ измерения эффективности противомикробных поверхностей, возможно, придется переосмыслить».

Исследователи говорят, что относительно простая техника плазменного травления, которую они использовали для создания шипов, может применяться к широкому спектру материалов и применений.

«Этот новый метод модификации поверхности может иметь потенциальное применение в медицинских устройствах, но его также можно легко адаптировать для применения в стоматологии или для других материалов, таких как скамейки из нержавеющей стали, используемые в приготовлении пищи и сельском хозяйстве», — сказала Ивановна.

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials Interfaces.

Источник: Университет RMIT.