Исследователи Университета Брауна разработали новое антибактериальное покрытие для внутрисосудистых катетеров, которое однажды может помочь предотвратить катетерные инфекции кровотока, наиболее распространенный тип внутрибольничной инфекции.
«Эти виды инфекций являются серьезным бременем для больниц, поставщиков медицинских услуг и, прежде всего, для пациентов», - сказала Анита Шукла, доцент кафедры инженерии в Брауне и соответствующий автор новой статьи, описывающей работу. «Мы хотели разработать покрытие, которое могло бы одновременно убивать планктонные [свободно плавающие] бактерии и предотвращать колонизацию бактерий на поверхностях. Исходные данные, которые мы собрали для этой статьи, показывают, что у нас есть что-то действительно многообещающее».
В статье исследователи показывают, что полиуретановое покрытие, которое можно легко наносить на различные медицинские поверхности и которое постепенно высвобождает лекарство под названием ауранофин, может убивать метициллин-резистентные бактерии Staphylococcus aureus (MRSA) в течение почти месяца в лаборатории. тесты. Испытания также показали, что покрытие может предотвращать образование биопленок MRSA, которые после образования становятся особенно устойчивыми к противомикробной обработке.
Исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, является результатом сотрудничества между лабораторией Шуклы в Инженерной школе Брауна и лабораториями Элефтериоса Милонакиса и Бет Фукс в Отделе инфекционных заболеваний Брауновского университета Уоррена Альперта. Школа.
«Это идеальное сотрудничество между медициной и инженерами», - сказал Шукла о партнерстве.«Они [Милонакис и Фукс] приходят к нам с проблемами, с которыми обычно сталкиваются в клинике. Как инженерная лаборатория, занимающаяся разработкой новых биоматериалов для доставки лекарств, мы можем затем работать над инженерными решениями проблем, которые они нам приносят."
Проблема в данном случае видна. Только в Соединенных Штатах ежегодно имплантируется более 150 миллионов внутрисосудистых катетеров, а инфекции, вызванные имплантатами, развиваются у 250 000 пациентов в год. Эти инфекции приводят к летальному исходу в 25% случаев, и даже при успешном лечении они могут обойтись в миллионы долларов на длительное пребывание в больнице.
Предыдущие подходы к проблеме имели ограниченный успех, говорят исследователи. Другие антибактериальные покрытия, как правило, теряют свою эффективность самое большее через две недели, часто потому, что они слишком быстро высвобождают свою лекарственную нагрузку. Другие покрытия также, как правило, используют традиционные антибиотики, что вызывает опасения по поводу устойчивости к антибиотикам при длительном использовании.
Для своего нового покрытия Шукла и его коллеги использовали ауранофин. Этот препарат был первоначально разработан и одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США для лечения артрита, но исследования Милонакиса, Фукса и других показали, что препарат также очень эффективен для уничтожения MRSA и других опасных микробов. Кроме того, он работает таким образом, что бактериям трудно развить естественную резистентность. Ранее ауранофин никогда не применялся в технологии покрытий.
Чтобы сделать покрытие, исследователи растворили полиуретан и концентрацию ауранофина в растворе, который затем был нанесен на катетер. Затем растворитель испаряется, оставляя растяжимое, но прочное полимерное покрытие. Механические испытания показали, что покрытие может растягиваться до 500 процентов без разрыва.
Чтобы проверить эффективность покрытия, исследователи поместили катетеры с покрытием в MRSA как в растворе, так и на чашках с агаром, где процветают бактерии MRSA. Эксперименты показали, что покрытия способны ингибировать рост MRSA на срок до 26 дней, в зависимости от исходной концентрации ауранофина, использованного в покрытии. Исследователи также использовали биолюминесцентную визуализацию для поиска признаков образования биопленки. Эти эксперименты показали, что покрытия предотвращают любые следы биопленки. Для сравнения, исследователи также протестировали катетер, загруженный более традиционным антибиотиком, высокоэффективным против свободно плавающего MRSA, который оказался неспособным предотвратить образование биопленки.
«Обнаружение антибиопленки очень важно», - сказал Шукла. «Биопленки имеют действительно эффективные способы уклонения от антибиотиков, что делает их в тысячи раз более трудными для лечения с точки зрения концентрации необходимого лекарства по сравнению с планктонными бактериями. Тот факт, что эти покрытия способны предотвратить образование биопленок, в первую очередь является действительно важно."
Предварительные тесты на токсичность в лаборатории показали, что покрытия не оказывают неблагоприятного воздействия на кровь или клетки печени человека, но необходимы дополнительные испытания, прежде чем покрытие будет готово для использования на пациентах, говорит Шукла. Тот факт, что оба компонента покрытия были одобрены FDA для других целей, должен ускорить процесс утверждения для испытаний in vivo.
«Мы надеемся, что первоначальные результаты, которые мы показываем здесь, скоро будут применены в клинике», - сказал Шукла.
Другими соавторами статьи были Ханьянг Лю, Шашанк Шукла, Ноэль Вера-Гонсалес и Нагендран Тармалингам.