Как сообщает Biomaterials, команда под руководством Джоанны Айзенберг, доктора философии.D., и Эллиот Чайкоф, М.D., Ph.D., в Институте биологической инженерии Висса и Гарвардском университете имени Джона А. Школа инженерии и прикладных наук Полсона при Гарвардском университете (SEAS), а также Медицинский центр диаконисы Бет Исраэль (BIDMC) создали самовосстанавливающиеся покрытия для скользких поверхностей с тефлоновыми материалами и жидкостями медицинского качества, которые предотвращают образование биопленки на медицинских имплантатах. при сохранении нормального врожденного иммунного ответа против патогенных бактерий.
Технология основана на концепции «скользких пористых поверхностей, наполненных жидкостью» (SLIPS), разработанной Айзенбергом, членом основного факультета Института Висса, профессором химии и химической биологии и профессором материаловедения Эми Смит Берилсон в SEAS.
Вдохновленный плотоядным кувшинным растением Непентес, которое использует пористую поверхность своих листьев для иммобилизации слоя жидкой воды, создавая скользкую поверхность для улавливания насекомых, Айзенберг ранее разработал промышленные и медицинские покрытия для поверхностей, которые способны отталкивать такие нежелательные вещества, как лед, сырая нефть и биологические материалы.
«Мы разрабатываем рецепты SLIPS для различных медицинских применений, работая с различными медицинскими материалами, настраивая химические и физические свойства этих твердых веществ и добавленных смазочных материалов для обеспечения стабильности покрытия и тщательно сочетая необрастающие свойства. интегрированных материалов SLIPS к определенным мешающим факторам, загрязняющим средам и требованиям к рабочим характеристикам ", — сказал Айзенберг. «Здесь мы расширили наш репертуар классов материалов и очень убедительно применили концепцию SLIPS к тефлону медицинского качества, продемонстрировав его огромный потенциал в имплантированных устройствах, склонных к бактериальному обрастанию и инфекциям."
Во-первых, команда провела ex vivo поиск тефлонового материала, который лучше всего работал бы с рядом совместимых смазок, чтобы обеспечить долговечную репеллентную поверхность против распространенного бактериального штамма, связанного с устройством.
Наиболее выгодные комбинации тефлона и лубриканта должны были сохранять антибактериальную активность клеток врожденного иммунитета, которые обеспечивали естественный ответ первой линии против вторжения бактерий. Победителем стал «вспененный политетрафторэтилен» (ePTFE). Используемый в протезных протезах для реконструкции сердечно-сосудистой системы, сетке для герниопластики, а также в имплантатах в широком спектре реконструктивных операций, ePTFE хорошо протестирован со смазочными материалами с проверенными приемлемыми профилями безопасности.
Перейдя к модели грызунов, команда сравнила реакцию бактерий и тканей на имплантированные грыжевые сетки с поверхностью SLIPS или без нее после заражения животных Staphylococcus aureus.
«Покрытия SLIPS вызвали чрезвычайно благоприятные реакции in vivo: они противостояли инфекциям, вызываемым бактериями, и были связаны со значительно меньшей инфильтрацией иммунных клеток и воспалительными абсцессами, чем непокрытый ePTFE», — сказал Чайкоф, член-корреспондент Института Висса, председатель Roberta и Стивен Р. Вайнер Отделение хирургии и главный хирург BIDMC.
"В настоящее время пациенты, которым устанавливают имплантаты для восстановления, реконструкции или замены больных или поврежденных органов или тканей или иным образом зависят от временных систем жизнеобеспечения, часто нуждаются в антибиотиках во время имплантации, чтобы снизить риск бактериальной инфекции. Покрытия SLIPS в один прекрасный день могут предотвратить широкое использование антибиотиков, свести к минимуму развитие устойчивых к антибиотикам микроорганизмов и повысить способность временных или постоянных искусственных устройств противостоять инфекции », — сказал Чайкоф.
«Это новое исследование Джоанны и Эллиот служит примером модели Института Висса, в которой сотрудничество между учеными-фундаментальными учеными, сосредоточенными на промышленных приложениях, и клиницистами, работающими в области медицины, поощряется таким образом, что может привести к неожиданным изменениям — в данном случае потенциал оказать значительное положительное влияние в клинических условиях ", — сказал Дон Ингбер, M.D., Ph.D., Директор-основатель Института Висса, профессор биологии сосудов Гарвардской медицинской школы и Бостонской детской больницы Джуда Фолкман и профессор биоинженерии SEAS.
Предыдущие медицинские применения SLIPS включают покрытия, которые могут отталкивать бактерии и кровь от небольших медицинских имплантатов, инструментов и хирургических инструментов, сделанных из стали, или, в последнее время, покрытия, которые помогают защищать стеклянные поверхности линз для эндоскопии и бронхоскопии от сильно загрязняющих биологических жидкостей и таким образом прозрачный во время процедур.