Примерно в половине случаев внутренняя часть долговременных мочевых катетеров поражена биопленками — структурами, образованными колониями бактерий, которые чрезвычайно трудно убить. После установления это только вопрос времени, когда биопленка станет гостеприимным хозяином для других, более опасных бактерий или начнет подавлять отток мочи, вызывая утечку — или даже травму тела пациента.Инженеры Университета Дьюка разработали новую конструкцию мочевого катетера, которая может удалить почти всю трудно уничтожаемую биопленку со стенок катетера.
Вместо того, чтобы сосредоточиться на дорогих антибактериальных покрытиях, исследователи используют физическую деформацию, чтобы сбить инфекционную пленку с ее причалов.«Биопленка подобна городу, который защищает и служит убежищем для вредных бактерий», — сказал Врад Леверинг, аспирант в области биомедицинской инженерии. «Наше решение похоже на землетрясение, которое разрушает инфраструктуру, оставляя завалы, которые легко смыть потоком мочи».Исследование появится в Интернете 25 марта в Advanced Healthcare Materials.
Каждому пятому пациенту, госпитализированному в больницу, требуется мочевой катетер, что составляет более 30 миллионов, используемых ежегодно в Соединенных Штатах. Эти катетеры являются причиной номер один внутрибольничных инфекций в Соединенных Штатах.
За пределами больницы катетеры также обычно требуются жертвам паралича и неподвижным пожилым людям.
А по мере старения населения использование катетеров, вероятно, возрастет в ближайшие десятилетия.В течение многих лет исследователи сосредоточились на разработке противомикробных препаратов, чтобы остановить образование биопленок, но, как показывает статистика, им еще предстоит найти доступное и эффективное решение. Помимо затрат и технических проблем, многие врачи опасаются, что противомикробные препараты будут способствовать развитию устойчивых к антибиотикам супербактерий.Поэтому инженеры Duke решили думать не только о цилиндрах.
«Мы провели эксперименты, показавшие, что если вы растягиваете эластичный кусок резины с должной скоростью, вы можете срывать различные типы липких биопленок прямо с его поверхности», — сказал Сюаньхэ Чжао, профессор машиностроения и материаловедения, команда которого сотрудничала с это Габриэль Лопес, профессор биомедицинской инженерии.«Изначально эти испытания были направлены на очистку подводных поверхностей в морской среде, но этот принцип имеет множество возможных применений», — продолжил Лопес. «Итак, мы подумали, а почему бы не катетеры?»Их первая модель имеет единственный канал, который может наполняться жидкостью или воздухом, идущим параллельно основным мочевыводящим путям, и между ними нет ничего, кроме тонкого гибкого барьера. При проталкивании жидкости через небольшой канал для надувания тонкая стенка попадает в мочевыводящие пути, при этом внешние размеры катетера остаются неизменными.
По словам Леверинга, прототип, отлитый из формы, напечатанной на 3D-принтере, работал прекрасно. Внезапная деформация сместила более 90 процентов биопленки, которая была смыта потоком, соответствующим медленному движению мочи.
Биопленка на стене напротив канала инфляции в основном не пострадала, но у совместной группы есть планы создать новый прототип с каналами инфляции, проходящими по обеим сторонам основного канала.Лопес считает, что эта демонстрация является четким доказательством того, что их простое механическое решение может произвести революцию в индустрии катетеров.
Поскольку конструкция будет иметь низкие затраты на реализацию, точно соответствует размерам существующих катетеров и будет удобна для медицинских клиницистов, команда надеется вывести ее на рынок и в настоящее время ищет партнеров.«Ежегодно используется более 30 миллионов таких устройств», — сказал Леверинг. «А для технологии, которая очень мало изменилась за 50 лет, проблема ужасна. Мы надеемся, что нашли решение».
Леверинг сказал, что эта общая концепция имеет потенциальное применение в широком спектре отраслей, в которых в настоящее время существуют биопленки, таких как переработка молока, транспортировка нефти, городская питьевая вода и теплообменники.«Мы не хотим забивать себе голову, но есть много других мест, где биопленки представляют собой серьезные проблемы», — сказал Леверинг. «Это проблема, которая обходится в несколько миллиардов долларов в год только для фильтрации морской воды.
Определенно, существуют и другие потенциальные рынки».