Университет Торонто показывает, что изгиб имплантируемых медицинских устройств может привести к росту бактерий

Исследование, проведенное исследователями факультета прикладных наук и инженерии Университета Торонто, показывает, что механическая деформация медицинских имплантируемых материалов, такая как изгиб или скручивание, может оказать большое влияние на образование потенциально вредных биопленок. Исследование, описанное в статье опубликованное в журнале Scientific Reports, показывает, что даже небольшой изгиб эластомерных материалов, таких как полидиметилсилоксан (ПДМС), также известный как силикон, открывает микроскопические трещины, которые являются идеальной средой для колонизации бактерий». Подобные материалы используются во всех видах биомедицинских приложений. от катетеров до трахеальных трубок и грудных протезов», — говорит Бен Хаттон, доцент кафедры материаловедения и инженерии факультета и старший автор нового исследования. «Образование микробных биопленок на этих материалах является обычным явлением, но мы были удивлены тем, насколько сильно изгиб силикона и других резиновых материалов приводит к обратимому открытию и закрытию этих трещин – и насколько большую разницу они имеют с точки зрения образования биопленок». Биопленки – это сложные сообщества организмов, которые растут на поверхностях. Хотя отдельные микробные клетки чувствительны как к антибиотикам, так и к естественным защитным системам организма, среда биопленок может защитить их от этих вмешательств, что может привести к стойким инфекциям. Инфекции, связанные с биопленками медицинских изделий, которые иногда развиваются после операции, могут быть серьезными. риски для здоровья – продление пребывания в больнице или повторная госпитализация выписанных пациентов. Хаттон и его команда входят в число многих групп по всему миру, разрабатывающих новые материалы, покрытия и другие подходы для предотвращения образования биопленок, которые могут привести к таким инфекциям. «Но в своей последней работе они решили изучить что-то более фундаментальное: как эти колонизирующие микробные организмы вообще получают точку опоры?» Частично это является результатом междисциплинарного подхода, который мы применяем в нашей группе», — Хаттон говорит: «Мы объединяем микробиологию и материаловедение, а также машиностроение, потому что мы говорим о механическом напряжении, деформации и деформации. Этот эффект изгиба раньше не наблюдался». Команда протестировала различные образцы силикона, в том числе те, которые они синтезировали сами, а также медицинские трубки коммерческого класса, используемые для мочевых катетеров. Затем они подвергли эти образцы механическим воздействиям, чтобы создать поверхность. Их эксперименты показали, что микротрещины могут образовываться очень легко. «Одну вещь, которую мы сделали, — это просто протерли их несколько раз обычной лабораторной салфеткой», — говорит Десмонд ван ден Берг, кандидат наук в Институте биомедицинской инженерии и биомедицинской инженерии. ведущий автор статьи, соавторами которой являются коллеги-исследователи Hatton Lab Далал Аскер и Тарек Авад. «Даже этого протирания было достаточно, чтобы вызвать повреждение поверхности. На глаз все еще выглядит нормально, но под микроскопом мы уже могли видеть микротрещины такого размера, в которые могут проникнуть бактерии. Бактерии имеют размер всего несколько микрометров, поэтому для этого не требуется много времени». Другие образцы были спрессованы с грубым ребристым узором, чтобы создать серию равномерно расположенных микротрещин. Затем все образцы были помещены в чашку для бактериальной культуры и засеяны. с Pseudomonas aeruginosa, бактерией, образующей биопленку, обычно используемой в качестве модельного организма в подобных исследованиях. После роста образцы обрабатывали флуоресцентным красителем, в результате чего любые прикрепленные бактерии светились зеленым светом под оптическим микроскопом». что бактерии явно предпочитали прикрепляться в этих микроскопических трещинах», — говорит ван ден Берг. «В изогнутых образцах на стороне, которая находилась в напряжении, было в четыре-пять раз больше бактерий, чем на стороне, которая находилась в сжатом состоянии. У этих клеток есть полный выбор, где расти, но им явно нравится та сторона, где открываются все эти микротрещины». Единственными образцами, которые остались относительно свободными от бактерий, были те, которые были синтезированы в собственной лаборатории команды, и поэтому остались чрезвычайно гладкие, отмечает ван ден Берг. «Даже те модели, которые мы никоим образом не повредили, уже имели микротрещины, прямо из упаковки», — говорит он. «Мы подозреваем, что они появляются в процессе производства. Хаттон говорит, что исследование подчеркивает, насколько легко внедрить поверхностные элементы, которые способствуют прикреплению микробов. Одним из выводов для хирургов является то, что они должны следите за ситуациями, когда силиконовые устройства, такие как трубки или протезные имплантаты, сгибаются во время использования, и обращайте особое внимание на сторону, находящуюся под напряжением, поскольку именно здесь могут начаться инфекции». резиновая трубка, предназначенная для сгибания – иначе зачем вообще делать ее из резины?» — говорит Хаттон. «Но, возможно, мы сможем узнать больше о том, как контролировать или скрывать эти поверхностные трещины, чтобы избежать изгиба. проблема. Именно над этим мы сейчас работаем – исследуем методы уменьшения повреждения поверхности или модифицируем поверхность силикона, чтобы уменьшить образование таких трещин». Исследование финансировалось Канадским фондом инноваций, профессорской программой Перси Эдварда Харта в Университете Торонто, Фонд «Новые рубежи исследований» и Фонд Коннота.