Formación de biopelículas por patógenos microbianos interrumpidos por patrón en plástico de equipos médicos

Los científicos de la Universidad de Nottingham han descubierto cómo los patrones de superficie específicos en el plástico utilizados para dispositivos médicos pueden reducir significativamente la capacidad de unir y multiplicar bacterias, posiblemente ofreciendo una actitud para ayudar a prevenir la infección en dispositivos médicos como catéteres.

Los hallazgos colectivos del estudio, que incluyeron pruebas en ratones vivos, mostraron que cuando las células de las bacterias enfrentan patrones en la superficie, pierden su capacidad para unir y hacer biopelículas. Las biopelículas son ciudades de lodo asociadas con superficies que ayudan a proteger las bacterias de la defensa natural contra las infecciones. La prevención de la formación de biopelículas bacterianas puede evitar la infección a su vez antes de que pueda establecerse completamente y activará positivamente el sistema inmune para eliminar cualquier bacteria individual.

El profesor Paul Williams, la investigación de PhD en la Escuela de Ciencias de la Vida, dijo: "Nuestros hallazgos pueden ayudar a reducir el gran número de infecciones en los entornos de atención médica asociados con el equipo médico. No solo este método puede evitar que las bacterias peguen bacterias, sino que también pueden activar el sistema inmunitario del cuerpo para matar cualquier bacteria que también se active de la superficie".

Williams es autores senior y co-relación del artículo publicado de los investigadores Comunicación de la naturalezaTema "Descubrimiento combinatorio de paisajes microtopográficos que se oponen a la formación de biopelículas a través de la autolubricación de arbitraje de detección de quórum", El equipo de estudio internacional incluyó al profesor Morgan Alexander, PhD, en la Escuela de Farmacia, y un colega de la Universidad de Ciencias de la Computación de la Universidad de Nottingham, Jane Debor, con PhD, con PhD, Departamento de Ingeniería Biomédica, Universidad de la Universidad de Endhowvan.

Los autores escribieron: "Las bacterias generalmente crecen en suspensión como células planctonicas individuales o como comunidades de biopelículas organizadas, que generalmente están conectadas a una superficie". Muchos trasplantes médicos, como catéteres y tubos de respiración, están hechos de plástico y son comunes en los hospitales. Una vez que las bacterias están pegadas a la superficie plástica y se convierten en una biopelícula, pueden ser muy difíciles de tratar con antibióticos. "En un contexto clínico, la formación de biopelículas bacterianas en las superficies de dispositivos médicos trasplantados conduce a un aumento en la enfermedad y la mortalidad del paciente y forman un problema de salud global", continuaron los investigadores. "... prevenir el desarrollo de biopelículas bacterianas en tales dispositivos para reducir el riesgo de infecciones antiguas y persistentes es un requisito médico importante".

Los esfuerzos importantes han sido para reducir la posibilidad de bacterias asociadas con tales dispositivos al incorporar antibióticos y otros antimicrobianos en plástico, pero hay inconvenientes en este enfoque, incluida la eficacia a largo plazo limitada y el desarrollo de la resistencia antimicrobiana.

La capacidad de conectarse con superficies bacterianas es sensible a la topografía de la superficie, dijo el equipo. Sin embargo, si bien se sabe que el tamaño, la altura y la vacante de la instalación de la superficie afectan la unión celular, faltan una comprensión común de cómo se alcanza la topografía. "Por lo tanto, es necesario determinar cómo la topografía controla las reacciones celulares bacterianas", dijo. "Este conocimiento impide el diseño racional de la biometría global que puede mejorar significativamente la eficacia del descubrimiento y sus propiedades inhibitorias de biopelículas bacterianas".

A través de sus nuevos estudios informados, el equipo examinó más de 2000 diseños realizados en varios plásticos, incluido el poliuretano, generalmente utilizado para crear dispositivos médicos, para identificar patrones de superficie que evitan la formación de biopelículas.

Él dijo: "Para descubrir las reglas de diseño para el control topográfico de las reacciones bacterianas en las superficies (más allá del simple diseño topográfico geométrico o aislado de bioinspier), gobernamos una pantalla justa de una alta chip de polímero microtopográfico de Thruput, topoquipo", dividió una pantalla justa de un combinador ", explicó. Investigadores examinó el topocipes contra dos sendas importantes. Civilizado Y Staphylococcus aureusLos resultados de detección se utilizaron para entrenar el modelo de aprendizaje automático (ML) que mapea los resultados biológicos para las propiedades de la superficie. Luego se le permitió al equipo rewited y probar el equipo para ayudar a personalizar las topografías de 'éxito'.

Williams dijo: "Investigaciones anteriores han demostrado que hay fallas para introducir antibióticos para dispositivos médicos, como el desarrollo de la resistencia a los antibióticos. Nuestro estudio dio esta idea un paso adelante porque queríamos saber si podíamos hacer un paisaje simple en un catéter, el mismo material que no podía hacerse del mismo material y no como la bacteria".

Los investigadores encontraron que las topografías más efectivas redujeron significativamente el apego y luego forman una biopelícula in vitro Por los principales patógenos, incluido CivilizadoLos ensayos indicaron que las pequeñas grietas en los patrones elevados implican las células bacterianas, engañándolas en la producción de un lubricante que las impide pegarse a la superficie plástica. Esto a su vez bloquea la formación de biopelículas y hace que las células de rescate inmune del huésped sean fáciles de limpiar las bacterias infectadas y, por lo tanto, evitan la infección.

Infectado con más experimentos con trasplante en el modelo de ratón P. aeruginosa También indicó que las topografías más efectivas mantienen sus propiedades anti -inclusión In vivo,

"Claramente, para prohibir la biopelícula, se requieren bajas superficies de unión de patógenos", dijeron los investigadores. "Nuestro modelo ML ha identificado las descripciones de características tópicas más relevantes que contribuyen a los accesorios bacterianos". Los resultados, declararon, indican que estas micro-topografías tienen una capacidad considerable para prevenir la formación de biopelículas en un contexto clínico.

Alexander, cuya investigación se centra en el control de las células con superficies de polímeros, dijo: "Usar los beneficios de superficies físicas de patrón en los enfoques de recubrimiento que se puede aplicar al contenido de dispositivos existente, reduciendo la obstrucción para la aplicación comercial. Nuestro descubrimiento puede ahorrar mucho dinero al NHS". Los autores dijeron: "Las superficies biométricas clínicamente aprobadas se beneficiarán para mantener sus propiedades físicas y mecánicas, reduciendo la necesidad de un nuevo descubrimiento de materiales y un desarrollo comercial.

Los investigadores esperan que en el actual fondos del Reino Unido RI se amplíe para equipos médicos prácticos en colaboración con compañías de equipos médicos.