Новое исследование предполагает, что шероховатые поверхности, напоминающие убивающие бактерии шипы на крыльях насекомых, могут быть более эффективными в борьбе с устойчивыми к лекарствам супербактериями, включая грибки, чем предполагалось ранее.

Растущий уровень заболеваемости лекарственно-устойчивыми инфекциями вызывает обеспокоенность экспертов здравоохранения во всем мире.

Чтобы избежать заражения вокруг имплантатов, таких как титановые бедра или зубные протезы, врачи используют ряд противомикробных покрытий, химикатов и антибиотиков, но они не могут остановить устойчивые к антибиотикам штаммы и могут даже повысить устойчивость.

Чтобы решить эти проблемы, ученые из Университета RMIT разработали структуру микрошипов, которые можно выгравировать на титановых имплантатах или других поверхностях, чтобы обеспечить эффективную, не требующую лекарств защиту как от бактерий, так и от грибков.

Исследование команды, опубликованное в журнале Advanced Materials Interfaces, проверило эффективность измененной поверхности титана в уничтожении Candida с множественной лекарственной устойчивостью — потенциально смертельного грибка, ответственного за одно из 10 внутрибольничных инфекций медицинского оборудования.

Специально разработанные шипы, каждый из которых по высоте соответствовал высоте бактериальной клетки, вскоре после контакта уничтожили около половины клеток.

Примечательно, что другая половина, не уничтоженная немедленно, стала нежизнеспособной из-за полученных травм, неспособной к размножению или заражению.

Ведущий научный сотрудник, доктор Денвер Линклейтер, сказал, что метаболический анализ активности белка показал, что клетки грибов Candida albicans и мультирезистентных к лекарствам Candida auris, сидящие на поверхности, были практически мертвы.

«Поврежденные клетки Candida подверглись сильному метаболическому стрессу, препятствующему процессу их размножения с образованием смертоносной грибковой биопленки даже через семь дней», — сказал Линклейтер из Школы науки RMIT. «Их не удалось возродить в условиях отсутствия стресса, и в конечном итоге они остановились в процессе, известном как апоптоз, или запрограммированная смерть клеток ».

Эффективность поверхности против распространенных патогенных бактерий, включая золотистый стафилококк, была продемонстрирована в более раннем исследовании , опубликованном в журнале Materialia .

Руководитель группы, заслуженный профессор Елена Иванова, сказала, что последние результаты проливают свет на разработку противогрибковых поверхностей для предотвращения образования биопленок опасными дрожжами 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», — сказала она. «Это важное открытие, которое также предполагает, что способ измерения эффективности противомикробных поверхностей, возможно, придется переосмыслить».

За последнее десятилетие были достигнуты успехи в разработке поверхностей, убивающих супербактерий при контакте. Однако поиск правильных типов поверхностного рисунка, позволяющих уничтожить 100% микробов, чтобы некоторые из них не выжили и не стали устойчивыми, является постоянной проблемой.

«Это последнее исследование показывает, что, возможно, нет абсолютной 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», — сказала она.

Группа исследования многофункциональных механобиоцидных материалов RMIT уже более десяти лет возглавляет мир в разработке антимикробных поверхностей, вдохновленных наностолбиками, покрывающими крылья стрекоз и цикад. Сама Иванова была одной из первых, кто наблюдал, как, когда бактерии селятся на крыле насекомого, рисунок нанопилларов разрывает клетки, фатально разрывая мембраны.

«Это как растянуть латексную перчатку», — сказала Иванова. «Поскольку латекс медленно растягивается, самое слабое место в латексе становится тоньше и в конечном итоге порвется».

Ее команда провела последнее десятилетие, воспроизводя наностолбики этих насекомых в собственных наноструктурах. Это последнее достижение было достигнуто с использованием метода плазменного травления для создания антибактериального и противогрибкового рисунка на титане.

Иванова сказала, что относительно простую технику травления можно оптимизировать и применять к широкому спектру материалов и применений.

«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», — сказала она.

Ведущий автор исследования и совместный доктор философии. Кандидат от RMIT и исследовательского центра ARC по производству стали в Австралии Фук Ле сказал, что тесное сотрудничество с отраслевым партнером BlueScope Steel помогло сосредоточить усилия на практических решениях для промышленности.

«Сотрудничество с промышленными партнерами стало преобразующим аспектом моего пути к докторской диссертации», — сказал он. «Их информация из первых рук как производителей прояснила проблемы, с которыми сталкиваются их продукты, и открыла мне двери для исследований и разработки практических решений. Хотя наши исследования находятся на предварительных стадиях, перспективы оптимизации продуктов многообещающие».