Бактерии не пройдут

Бактерии не пройдут

Сегодня нередки случаи, когда, казалось бы, уже обреченные пациенты возвращаются к полноценной жизни благодаря имплантам

Автор: Боян Шоч

Сегодня нередки случаи, когда, казалось бы, уже обреченные пациенты возвращаются к полноценной жизни благодаря имплан-татам. Катетеры, искусственные суставы и клапаны сердца, линзы и другие современные имплантируемые изделия дарят надежду, что неутешительный диагноз — еще не приговор. Однако любое инородное тело в человеческом организме — это риск.

Наш организм особо уязвим к инфекциям, а им-плантаты зачастую представляют идеальный плацдарм для скопления бактерий, что может привести к вспышкам инфекций и даже отторжению вживляемых конструкций. Происходит это так: на поверхности изделия оседают бактерии и оно в результате скопления микроорганизмов покрывается биопленкой. Бактерии, обитающие в биопленках на поверхности медицинских изделий, в 1000 (!) раз более устойчивы к антибактериальным препаратам и защитным силам человеческого организма (иммунной системе), нежели неорганизованные "планктонные" бактерии. Их оседание на поверхности медицинских инструментов и оборудования приводит к ускоренной ферментации отходов и впоследствии — к инфекционным заболеваниям. Те же бактерии могут служить своего рода «хранилищами» плазмид, являющихся носителями устойчивых к воздействию антибиотиков генов.

Уже не первое десятилетие по всему миру ведутся поиски материала, который бы эффективно противодействовал микроорганизмам, образующим биопленку. Однако «противоядие» было найдено лишь недавно благодаря совместным усилиям британских и американских ученых. Первопроходцами стали исследователи Университета Ноттингема профессора Морган Александер и Мартин Дэвис, и их коллега, профессор молекулярной микробиологии Пол Уильямс. Четыре года они исследовали процесс образования биопленок, а венцом стараний стала разработка группы полимерных материалов, которые препятствуют оседанию бактерий, предотвращая создание биопленки. Британцам помогали коллеги из Массачусетского технологического института (MIT).

— Это прорыв — мы открыли новую группу структурно связанных между собой материалов, которые существенно снижают количество оседающих патогенных бактерий, таких как Pseudomonas aeruginosa Staphylococcus, филококк золотистый) и Escherichia coli (кишечная палочка), — заявил по завершении серии исследований Морган Александер.

До сих пор усилия по предотвращению заболеваний, вызванных образованием биопленки, сводились к мо-дифицированию материалов, используемых в производстве медицинских изделий. В состав материалов включали антибиотики и бактерициды, такие как серебряная соль, нитрофуразон, хлоргексидин, поверхностно-активные вещества, антибактериальные пептиды. Суть подхода заключается в ликвидации бактериальных клеток, которые прикрепляются к материалу. Ученые из Университета Ноттингема пошли по другому пути, решив найти материалы, устойчивые к образованию биопленок изначально.

В прошлом подобные попытки уже предпринимались — предотвратить прикрепление бактериальных клеток пробовали, используя полиэтиленгликоле-вые щетки и цвиттер-ионные полимеры. Однако механизм взаимодействия бактерий с поверхностями был неизвестен, так что поиски велись практически вслепую.

В отсутствие стройной теории простой "комбинаторный" перебор сотен полимерных материалов с заранее неизвестными свойствами потребовался и группе Александера-Дэвиса-Уильямса. Спасибо коллегам из MIT, специалистам по синхронному скринингу — методу быстрой проверки свойств и отбраковывания негодных материалов — их методики позволили резко ускорить процесс поиска необходимых веществ. Исследователи взяли 22 мономера — этиленгликолевые цепочки разной длины, фтор-замещенные алканы, линейные и циклические алифатические и ароматические углеводороды — и разделили их на две группы, в одной 16, а в другой 6 веществ. После чего начали смешивать каждое вещество из первой группы с каждым из второй в 6 разных пропорциях — в результате получилось 576 материалов. Среди них и начали искать наиболее подходящие.

Испытания in vitro (в пробирке) позволили установить новый класс структурно связанных между собой полимеров,устойчивых к прикреплению бактерий и показывающих лучшие результаты, чем серебросо-держащие покрытия. Полученные результаты поистине впечатляют — после того, как новое покрытие на полимерной основе нанесли на силиконовый катетер, количество оседающих на нем бактерий сократилось в 30 раз (на 96,7%) по сравнению с широко используемым в качестве покрытия гидрогелем с серебром. Лабораторные испытания получили подтверждение и в тестах in vivo (в организме), которые проводились на мышах.

Механизм взаимодействия бактерий с новыми полимерными материалами до конца еще не изучен, однако, ученым удалось установить, что он не связан с механическими характеристиками поверхностей, например, шероховатостью. По-видимому, заключили исследователи, бактерии и материал вступали в некую химическую реакцию, в результате микроорганизмы, пытаясь осесть на поверхность, "обжигались" и отскакивали. Более того, возникло впечатление, что "обжегшиеся" бактерии по цепочке передавали информацию об опасности своим сородичам, и те уже даже не пытались прикрепляться к враждебному полимеру. Впрочем, как отмечают сами исследователи, тут еще нужна научная дискуссия.
Как бы то ни было, оседание бактерий на новых материалах оказалось резко затруднено, а в результате иммунная система животных расправлялась с вредными микроорганизмами, не позволяя им образовать биопленку. «Инфекции, вызванные микробной биопленкой, которая прикрепляется к поверхности имплантатов, нельзя вылечить антибиотиками, — говорит Тед Бьянко, директор подразделения по передаче технологий компании Wellcome Trust. — Открытие новых полимеров может быть использовано для улучшения жизненно важных медицинских изделий. Материаловедение открыло антипригарное покрытие для сковородок, теперь мы с нетерпением ждем медицинских инструментов, устойчивых к оседанию бактерий».

Прорыв заодно позволит сэкономить существенные средства, выделяемые на борьбу с инфекционными заболеваниями, вызванными образованием биопленок. Только в Великобритании эта статья расхода ежегодно составляет 1 млрд фунтов.

Британцы задают тон и на фронте практического применения новинки. Компания CamStent из Кэм-бриджа уже запатентовала полимерные покрытия, полученные из органических соединений,резорци-наренов, и в этом году приступит к клиническим испытаниям. Одобрение на коммерческое использование покрытия в CamStent рассчитывают получить в течение двух лет.

По словам гендиректора компании CamStent (производство материалов для медицинских изделий) Дэвида Хэмптона, новое покрытие сможет эффективно предотвратить вспышки инфекций мочевыводящих путей, столь часто встречаемые у пациентов, которые используют катетер. По статистике инфекции мочевыводящих путей составляют около 40% от всех инфекций, которые вспыхивают в британских больницах. Вызваны они, в первую очередь, образованием биопленок на катетерах, а их лечение обходится госказне примерно в 100 млн фунтов в год. Каждый четвертый пациент в течение своего пребывания в больнице нуждается в катетере, а более половины тех, кто использовал его на протяжении двух и более недель, становятся жертвами инфекций.

Отталкивающее бактерии покрытие может иметь широкое применение. К примеру, на стентах, используемых для того, чтобы артерии оставались открытыми после операции на сердце, — говорит финдиректор CamStent Клэр Твемлоу. — Ортопедические имплан-таты находятся под риском заражения инфекциями, что дает шанс использовать полимеры для покрытия нержавеющей стали.


почитать еще
Все на  подиум

Все на подиум

Симбиоз человека и технологий в контексте современной моды стал темой прошедшего в Нью-Йорке ежегодного Бала Института костюма (Met Gala). Некоторые звезды восприняли все буквально и явились в Метрополитен-музей в футуристических нарядах а-ля «Звездные войны». Из фантазий киношников буквально на глазах рождается мода будущего.

читать полностью
Осень в нефтехимии

Осень в нефтехимии

На улице мокро и холодно – время осеннего гардероба, в котором с каждым годом все больше одежды, обуви и аксессуаров из полимеров. И если раньше резиновые сапоги и дождевики носили только грибники, то теперь их выбирают даже столичные модники.

читать полностью
Главное – устойчивость

Главное – устойчивость

Археолог Эрик Тринкаус из Университета Вашингтона в Сент-Луисе на основании анализа останков древних людей предположил, что первая обувь могла появиться около 30 тыс. лет назад. Были это простейшие сандалии – возможно, лишь кожаная подошва с ремешками. С тех пор, конечно, все сильно изменилось. Но подошва все еще одна из самых важных частей обуви, особенно зимой, когда под ногами снег и лед. «Нефтехимия РФ» разбиралась, как делают нескользкую подошву для теплых непромокающих сапог.

читать полностью