Изобретенные около 50 лет назад хирургические медицинские сетки стали ключевыми элементами восстановительных процедур после операций на поврежденных тканях, наиболее распространенной из которых является грыжесечение. При имплантации в ткани пациента гибкая и подходящая конструкция этих сеток помогает удерживать мышцы в напряжении и позволяет пациентам восстанавливаться намного быстрее, чем при обычной хирургии сшивания и сшивания.
Однако введение медицинского имплантата в тело пациента сопряжено с риском бактериального заражения во время операции и последующим образованием инфекционной биопленки на поверхности хирургической сетки. Такие биопленки, как правило, действуют как пластиковое покрытие, препятствуя проникновению любых антибиотиков и их атаке на бактерии, образующиеся на пленке, чтобы остановить инфекцию. Таким образом, антибактериальная терапия, действие которой ограничено по времени, может оказаться неэффективной против этих сверхрезистентных бактерий, и пациент может оказаться в повторяющихся или бесконечных операциях, которые могут даже привести к смерти. На самом деле, по данным Европейской сети наблюдения за устойчивостью к противомикробным препаратам (EARS-Net), в 2015 году более 30 000 смертей в Европе были связаны с инфекциями, вызванными устойчивыми к антибиотикам бактериями.
В прошлом было предложено несколько подходов для предотвращения контаминации имплантата во время операции. Были разработаны и внедрены послеоперационные асептические протоколы для борьбы с этими устойчивыми к антибиотикам бактериями, но ни один из них не смог полностью решить эту проблему.
В недавнем исследовании, опубликованном в Nano Letters и отмеченном в Nature Photonics, исследователи ICFO Dr. Игнасио де Мигель, Аранча Альборнос, под руководством профессора ICREA в ICFO Ромена Куиданта, в сотрудничестве с исследователями Ирен Прието, доктором Ванеса Санс, доктором Кристин Вайс и доктором Пау Турон из крупной компании по производству медицинского и фармацевтического оборудования B. Braun., разработали новую технику, которая использует нанотехнологии и фотонику для значительного улучшения характеристик медицинских сеток для хирургических имплантатов.
В рамках продолжающегося сотрудничества с 2012 года группа исследователей из ICFO и B. Braun Surgical, S. A. разработала медицинскую сетку с особой особенностью: поверхность сетки была химически модифицирована для закрепления миллионов наночастиц золота. Почему? Потому что было доказано, что наночастицы золота очень эффективно преобразовывают свет в тепло в очень локализованных областях.
Техника использования наночастиц золота в процессах преобразования света в тепло уже была опробована при лечении рака в предыдущих исследованиях. Более того, в ICFO этот метод был реализован в нескольких предыдущих исследованиях, проведенных при поддержке Cellex Foundation, что является еще одним ярким примером того, как ранняя дальновидная филантропическая поддержка, направленная на решение фундаментальных проблем, в конечном итоге приводит к важным практическим применениям. В этом конкретном случае, зная, что ежегодно во всем мире проводится более 20 миллионов операций по пластике грыжи, они полагали, что этот метод может снизить медицинские расходы при повторных операциях, устраняя при этом дорогостоящее и неэффективное лечение антибиотиками, которое в настоящее время используется для решения проблемы. эта проблема.
Таким образом, в своем эксперименте in vitro и тщательном процессе команда покрыла хирургическую сетку миллионами наночастиц золота, равномерно распределив их по всей структуре. Они протестировали сетки, чтобы гарантировать долговременную стабильность частиц, отсутствие деградации материала, а также отсутствие отделения или выброса наночастиц в окружающую среду (колбу). Они смогли наблюдать однородное распределение наночастиц по структуре с помощью сканирующего электронного микроскопа.
После того как модифицированная сетка была готова, команда подвергла ее воздействию бактерий S. aureus в течение 24 часов, пока не наблюдалось образование биопленки на поверхности. Впоследствии они начали подвергать сетку воздействию коротких интенсивных импульсов ближнего инфракрасного света (800 нм) в течение 30 секунд, чтобы обеспечить достижение теплового равновесия, а затем повторить эту обработку 20 раз с 4-секундными интервалами отдыха между каждым импульсом. Они обнаружили следующее: во-первых, они увидели, что освещение сетки на определенной частоте вызовет локальные поверхностные плазмонные резонансы в наночастицах - режим, который приводит к эффективному преобразованию света в тепло, сжигая бактерии на поверхности. Во-вторых, с помощью флуоресцентного конфокального микроскопа они увидели, сколько бактерий погибло или осталось живым. Для бактерий, которые остались живыми, они заметили, что бактерии биопленки превратились в планктонные клетки, восстановив свою чувствительность или слабость к антибиотикотерапии и реакции иммунной системы. Что касается мертвых бактерий, они заметили, что при увеличении количества света, попадающего на поверхность сетки, бактерии теряют свою адгезию и отслаиваются от поверхности. В-третьих, они подтвердили, что работа в диапазоне ближнего инфракрасного света полностью совместима с настройками in vivo, а это означает, что такая техника, скорее всего, не повредит окружающие здоровые ткани. Наконец, они повторили обработку и подтвердили, что периодическое нагревание сетки не повлияло на ее эффективность преобразования.
Как комментирует профессор ICREA Ромен Квидант, «результаты этого исследования проложили путь к использованию плазмонных нанотехнологий для предотвращения образования бактериальной биопленки на поверхности хирургических имплантатов. необходимо решить, но важно подчеркнуть, что такая техника действительно будет означать радикальное изменение процедур операции и дальнейшее восстановление пациента после выздоровления».
Как объясняет директор по исследованиям и разработкам B. Braun Surgical, S. A. доктор Пау Турон, «наша приверженность помогать медицинским работникам избегать внутрибольничных инфекций подталкивает нас к разработке новых стратегий борьбы с бактериями и биопленками. Кроме того, исследовательская группа изучает возможность распространения такой технологии на другие отрасли, где биопленок следует избегать».