Новые материалы с микрошипами помогут уничтожить устойчивые к лекарствам супербактерии
Крылья насекомых, например, стрекоз, имеют крошечные шипы на поверхности, называемые наностолбиками, которые удобны для уничтожения бактерий. Теперь ученые черпают вдохновение из этих маленьких естественных защитных механизмов в качестве нового метода борьбы с устойчивыми к лекарствам супербактериями, которые угрожают пациентам, получающим имплантаты. Исследование опубликовано в журнале Advanced Material Interfaces.
Количество супербактерий растет. Это штаммы бактерий, вирусов, паразитов и грибков, у которых развилась устойчивость к традиционным методам лечения, таким как антибиотики и другие лекарства. Уже более десяти лет врачи всего мира предупреждают о росте числа устойчивых к лекарствам микроорганизмов и угрозе, которую они представляют для нашего здоровья.
По данным одного исследования, только в 2019 году около 1,27 миллиона человек умерли от инфекций, устойчивых к антибиотикам, и еще миллионы погибли из-за условий, на которые повлияли микробы. После пандемии COVID-19 ситуация только ухудшилась, поскольку ООН предупредила, что ежегодное число смертей может вырасти до 10 миллионов в год к 2050 году.
Учитывая этот тревожный прогноз, исследователи пытаются найти новые способы борьбы с инфекциями, которые раньше было легко контролировать.
Одна из проблемных областей связана с уходом за имплантатами – например, теми, которые используются для замены тазобедренного сустава или зубных протезов – которые часто обрабатываются с использованием ряда противомикробных покрытий, химикатов и антибиотиков для остановки инфекций. Однако все большее число штаммов, устойчивых к лекарствам, становятся устойчивыми к этим методам, и они могут даже способствовать повышению устойчивости.
Чтобы решить эту проблему, исследователи из Университета RMIT разработали структуру микрошипов, которые можно выгравировать в материалах имплантатов, таких как титан, которые обеспечивают эффективную защиту от инфекций, даже устойчивых к противомикробным препаратам.
Команда проверила свою идею на Candida с множественной лекарственной устойчивостью — грибке, который является причиной одной из 10 внутрибольничных инфекций медицинского оборудования. Грибок может быть смертельным для пациентов, перенесших имплантацию.
Шипы были специально разработаны так, чтобы их высота была равна высоте грибковой клетки, и было обнаружено, что они убивают около половины клеток вскоре после контакта. Даже те, кто пережил первоначальный контакт, были настолько ранены, что не могли воспроизводить потомство или вызывать дальнейшее заражение. Все оставшиеся Candida были практически мертвы.
«Поврежденные клетки Candida подверглись обширному метаболическому стрессу, предотвращающему процесс размножения с образованием смертоносной грибковой биопленки даже через семь дней», — заявил в своем заявлении доктор Денвер Линклейтер. «Их не удалось возродить в условиях отсутствия стресса, и в конечном итоге они остановились в процессе, известном как апоптоз, или запрограммированная смерть клеток».
Это был не первый случай, когда такие неровные поверхности ограничивают распространение инфекций, поскольку более ранние исследования показали, что подобные микрошипы эффективны при уничтожении распространенных патогенных бактерий, таких как золотистый стафилококк. Однако последняя работа проливает дополнительный свет на то, как дизайн противогрибковых поверхностей может помочь предотвратить образование биопленок и может стать многообещающим средством против дрожжей с множественной лекарственной устойчивостью.
«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», – добавила руководитель группы заслуженный профессор Елена Иванова. «Это важный вывод, который также предполагает, что способ измерения эффективности противомикробных поверхностей, возможно, придется переосмыслить».
Предыдущие исследования роли поверхностей в предотвращении заражения супербактериями продвигались в течение последних десятилетий, но существуют проблемы. Как и в случае с любым лечением против микроорганизмов, развитие некоторой резистентности является лишь вопросом времени, если только штамм не будет полностью уничтожен.
На сегодняшний день не удалось найти рисунок поверхности имплантатов, убивающий 100 процентов микробов во всех случаях. Таким образом, поиск продолжается, но новые результаты чрезвычайно многообещающи.
«Это последнее исследование показывает, что, возможно, нет никакой необходимости уничтожать все патогены сразу же после контакта со всеми поверхностями, если мы сможем показать, что поверхности вызывают запрограммированную гибель клеток в выживших клетках, то есть они умирают в любом случае», — объяснила профессор Иванова.
Профессор Иванова была одной из первых исследователей, определивших механизмы уничтожения бактерий на таких типах поверхностей. Она заметила, что бактерии, пытавшиеся поселиться на крыльях насекомых, уничтожались наностолбиками, разрывавшими их мембраны.
«Это как растянуть латексную перчатку», — объяснила Иванова. «Поскольку латекс медленно растягивается, самое слабое место в латексе становится тоньше и в конечном итоге рвется».
За последнее десятилетие Иванова и ее коллеги пытались воспроизвести эти природные наностолбики на других поверхностях. В этой последней работе команда использовала плазменное травление для нанесения наноструктур на титан. Этот метод прост в исполнении и может быть использован и с другими материалами.
«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 производстве продуктов питания и сельском хозяйстве», — добавила Иванова.
Обсудим?
Смотрите также:
