Περίπου 1,7 εκατομμύρια Αμερικανοί προσβάλλονται κάθε χρόνο από ενδονοσοκομειακές λοιμώξεις, με αποτέλεσμα σχεδόν 100.000 θανάτους από επιπλοκές που σχετίζονται με λοιμώξεις και περίπου 30 $ δισεκατομμύρια ιατρικό κόστος. Οι συνήθεις «ύποπτοι» είναι οι ιατρικές συσκευές όπως καθετήρες, στεντ και καρδιακές βαλβίδες, των οποίων οι επιφάνειες συχνά επικαλύπτονται με επιβλαβή βακτηριακά φιλμ
Μια νέα μέθοδος για επεξεργασία επιφανειών που αναπτύχθηκε από μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια (UCLA) εμποδίζει τα μικρόβια να προσκολλώνται σε ιατρικές συσκευές, βελτιώνοντας την ασφάλεια αυτών και μειώνοντας την οικονομική επιβάρυνση του συστήματος υγειονομικής περίθαλψης.
Η νέα προσέγγιση, που δοκιμάστηκε τόσο σε εργαστηριακό όσο και σε κλινικό περιβάλλον, περιλαμβάνει την εναπόθεση στην επιφάνεια μιας ιατρικής συσκευής ενός λεπτού στρώματος από ένα υλικό που είναι γνωστό ως zwitterion (αμφιτεριονικό) και τη μόνιμη σύνδεση αυτού του στρώματος με τη χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας, στο υποκείμενο υπόστρωμα. Το φράγμα που προκύπτει εμποδίζει τα βακτήρια και άλλα δυνητικά επιβλαβή οργανικά υλικά να προσκολληθούν στην επιφάνεια της συσκευής και να προκαλέσουν μόλυνση στους ασθενείς.
Στη χημεία, ένα αμφιτεριόν (από το γερμανικό zwitter “υβρίδιο” που πριν λεγόταν διπολικό ιόν) είναι ένα ουδέτερο μόριο με θετικό και αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Τα πολυμερή zwitterion της επιφανειακής επεξεργασίας είναι εξαιρετικά βιοσυμβατά και απορροφούν και συγκρατούν το νερό πολύ σφιχτά, σχηματίζοντας ένα λεπτό ενυδατωμένο φράγμα που εμποδίζει τα βακτήρια, τους μύκητες και άλλα οργανικά υλικά να προσκολληθούν στις επιφάνειες. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η τεχνολογία είναι εξαιρετικά αποτελεσματική, μη τοξική και σχετικά χαμηλή σε κόστος σε σύγκριση με άλλες τρέχουσες επιφανειακές επεξεργασίες ιατρικών συσκευών, όπως επικαλύψεις με αντιβιοτικά ή με άργυρο.
Στο εργαστήριο, οι ερευνητές εφάρμοσαν τη μέθοδό τους σε αρκετά συχνά χρησιμοποιούμενα ιατροτεχνολογικά προϊόντα και στη συνέχεια δοκίμασαν την αντοχή των τροποποιημένων συσκευών σε διάφορους τύπους βακτηρίων, μυκήτων και πρωτεϊνών. Διαπίστωσαν ότι η θεραπεία μείωσε την ανάπτυξη βιοφίλμ κατά περισσότερο από 80% και σε ορισμένες περιπτώσεις έως και 93%, ανάλογα με το μικροβιακό στέλεχος.
«Οι τροποποιημένες επιφάνειες εμφάνισαν ισχυρή αντίσταση έναντι μικροοργανισμών και των πρωτεϊνών τους, αυτό ακριβώς επιδιώξαμε να επιτύχουμε», δήλωσε ο Richard Kaner, καθηγητής καινοτομίας υλικών του UCLA και διακεκριμένος καθηγητής παγκοσμίως της χημείας, της βιοχημείας της επιστήμης και της μηχανικής των υλικών. «Οι επιφάνειες μείωσαν πολύ ή ακόμα και απέτρεψαν το σχηματισμό βιοφίλμ».
Επιτυχημένη κλινική έρευνα
Στην κλινική έρευνα συμμετείχαν 16 μακροχρόνιοι χρήστες καθετήρα ουροποιητικού που χρησιμοποίησαν τροποποιημένους με αμφιτεριονικό καθετήρες σιλικόνης. Αυτός ο τροποποιημένος καθετήρας είναι το πρώτο προϊόν που κατασκευάστηκε από μια εταιρεία-τεχνοβλαστό που ιδρύθηκε από το εργαστήριό του Richard Kaner, η οποία ονομάζεται SILQ Technologies Corp., και έχει εγκριθεί για χρήση σε ασθενείς από την Αμερικανική Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA).
Δέκα από τους ασθενείς περιέγραψαν την κατάσταση του ουροποιητικού τους συστήματος με τη χρήση του τροποποιημένου καθετήρα ως «πολύ καλύτερη» ή «πάρα πολύ καλύτερη» και 13 από τους 16 επέλεξαν να συνεχίσουν να χρησιμοποιούν τον νέο καθετήρα έναντι των συμβατικών επιλογών λάτεξ και σιλικόνης και μετά το τέλος της περιόδου μελέτης.
«Τα παθογόνα κύτταρα των εξαιρετικά ανθεκτικών βιοφίλμ που αναπτύσσονται πάνω στις επιφάνειες ιατρικών συσκευών προκαλούν επαναλαμβανόμενες λοιμώξεις στο σώμα. Ως αντίδραση, το ιατρικό προσωπικό χορηγεί ισχυρά αντιβιοτικά σε ασθενείς που χρησιμοποιούν αυτές τις συσκευές, που αποτελεί μια βραχυπρόθεσμη λύση που ενέχει μακροπρόθεσμο κίνδυνο δημιουργίας απειλητικών για τη ζωή, ανθεκτικών στα αντιβιοτικά λοιμώξεων «υπερβακτηριδίων». Η ομορφιά αυτής της τεχνολογίας είναι ότι μπορεί να αποτρέψει ή να ελαχιστοποιήσει την ανάπτυξη βιοφίλμ χωρίς τη χρήση αντιβιοτικών. Προστατεύει τους ασθενείς που χρησιμοποιούν ιατρικές συσκευές και ως εκ τούτου προστατεύει όλους εμάς από μικροβιακή αντοχή και από πολλαπλασιασμό των υπερμικροβίων», λέει ο Kaner.
Πέρα από τη χρήση της σε ιατρικές συσκευές, η τεχνική επιφανειακής επεξεργασίας θα μπορούσε να έχει και μη ιατρικές εφαρμογές, όπως σε συσκευές επεξεργασίας νερού ή σε άλλες συσκευές που χρησιμοποιούν μπαταρίες ιόντων λιθίου για να βελτιώσει την απόδοσή τους.
Τα αποτελέσματα της ομάδας δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Advanced Materials
