Разработка может применяться как для дезинфекции поверхностей и медицинского оборудования, так и в составе инъекций и мазей, обеспечивая более эффективное лечение
Ученые из корпорации IBM (NYSE: IBM) и Института биоинженерии и нанотехнологий (Institute of Bioengineering and Nanotechnology, IBN) представили антибактериальный гидрогель, способный проникать сквозь мертвые клетки биопленок и полностью уничтожать устойчивые к антибиотикам бактерии при контакте с ними. Синтетический гидрогель, который самопроизвольно формируется при нагревании до температуры тела, является первым в своем роде биоразлагаемым, биосовместимым и нетоксичным противомикробным препаратом, что делает его идеальным средством для борьбы с серьезными угрозами здоровью персонала, посетителей и пациентов больниц.
Бытовые средства, которые можно найти в каждом доме - например, хлорные отбеливатели и спиртовые растворы - содержат антибактериальные препараты, которые служат для дезинфекции разных поверхностей. Лечение лекарственно-устойчивых инфекций кожи или внутренних инфекционных заболеваний, однако, является задачей гораздо более сложной, чем дезинфекция больничной палаты или медоборудования, поскольку обычные антибиотики становятся все менее эффективными, и многие бытовые дезинфицирующие средства не подходят для применения в медицине.
Специалисты IBM Research совместно с коллегами из IBN разработали синтетический противомикробный гидрогель, состоящий более чем на 90% из воды. Новая разработка может быть использована при создании кремов для лечения кожных инфекций и препаратов для инъекционной терапии, а также дезинфекции катетеров, зондов и медицинских трубок, быстрого заживления ран в хирургии и антибактериальной обработки имплантатов в стоматологии.
Появление микробных биопленок, способных колонизировать практически любую ткань и поверхность, сопутствует развитию более 80% всех инфекций, особенно в случаях, связанных с применением медицинских инструментов и оборудования. Биопленки, сформированные мертвыми клетками микроорганизмов, являются одним из ключевых факторов, вызывающих развитие внутрибольничных инфекций, которые входят в первую пятерку основных причин смертности в Соединенных Штатах, и на которые приходится до 11 млрд. долларов ежегодных расходов в области здравоохранения.
Несмотря на применение передовых средств стерилизации и асептической обработки, инфекции, обусловленные использованием медицинских устройств, до сих пор не искоренены. Это связано, в числе прочего, с развитием бактерий, устойчивых к лекарственным препаратам. По данным Национального центра по контролю и профилактике заболеваний (CDC), устойчивость бактерий к антибиотикам ежегодно обходится США в 20 млрд. долларов затрат на здравоохранение и в 8 млн. дополнительных дней, в общей сложности проведенных пациентами в больницах.
Исследователям удалось создать макромолекулы полимерного вещества - молекулярную структуру, содержащую большое число атомов, которая сочетает в себе такие свойства как растворимость в воде, положительный заряд и способность к биологическому разложению. При смешивании с водой и нагревании до температуры тела полимеры самостоятельно формируются в синтетический гель, которым легко манипулировать. Эта способность связана с межмолекулярными взаимодействиями, которые создают эффект <молекулярной застежки-молнии>. Небольшие сегменты новых полимеров соединяются друг с другом подобно тому, как сцепляются зубцы молнии, обеспечивая загустевание водного раствора до состояния эластичных гидрогелей. Обладая многими свойствами водорастворимых полимеров и, в то же время, не являясь легкорастворимыми, такие вещества могут сохраняться в физиологических условиях, демонстрируя, при этом, антибактериальную активность.
<Этот гель предлагает принципиально иной подход к борьбе с бактериальными биопленками. По сравнению с возможностями современных антибиотиков и гидрогелей, новая технология несет в себе громадный потенциал, - подчеркнул Джеймс Хедрик (James Hedrick), исследователь из IBM Research, который занимается передовыми органическими материалами. - Эта технология появилась очень своевременно, когда традиционные химические и биологические методы борьбы с лекарственно-устойчивыми бактериями и инфекционными заболеваниями становятся все менее эффективными>.
При нанесении гидрогеля на зараженную поверхность или открытую рану, его положительный заряд притягивает все отрицательно заряженные клеточные мембраны микроорганизмов - подобно тому, как мощная гравитация притягивает материю в черную дыру. Однако, в отличие от большинства антибиотиков и гидрогелей, которые нацелены на внутреннюю биомеханику бактерий для предотвращения их размножения, новый гидрогель убивает бактерии путем разрушения мембраны, что исключает возникновение любой формы резистентности.
<Мы были вынуждены разработать более эффективное средство против устойчивых к воздействию антибиотиков бактерий из-за смертельной угрозы заражения быстро мутирующими микробами и отсутствия новых антимикробных лекарственных препаратов. Используя недорогие и универсальные полимерные материалы, разработанные совместно с IBM, мы готовы начать активную борьбу с лекарственно-устойчивыми биопленками. Новая технология поможет улучшить медицинское обслуживание и благотворно повлиять на здоровье людей>, - считает Йи-Ян Янг (Yi-Yan Yang), руководитель научной группы из Института биоинженерии и нанотехнологий, Сингапур.
Исследовательская программа IBM по полимерам для наномедицины, которая была запущена в IBM Research всего четыре года назад с целью улучшения здоровья людей, опирается на многолетний опыт разработки материалов, традиционно используемых в полупроводниковых технологиях. Новое научное достижение расширит горизонты совместной программы IBM и IBN, и предоставит ученым возможность одновременно использовать несколько разных методов для создания новых материалов, которые могут найти применение в медицине и фармакологии. Сотрудничество такого масштаба между отраслью и научными кругами объединяет лучшие умы и ресурсы целого ряда исследовательских организаций для того, чтобы сделать решения для практической наномедицины реальностью.
Информация об исследовании недавно опубликована в рецензируемом экспертами журнале Angewandte Chemie.
Дополнительную информацию, включая поясняющие фото- и видеоматериалы высокого разрешения, доступны на веб-сайте http://ibmhydrogels.tumblr.com/.
Видеоролик: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=jqJt-whgIUE
Фото на Flickr: http://www.flickr.com/photos/ibm_media/sets/72157632591356695/
