Nowa metoda na niegojące się rany? Biofilm bakteryjny kontra... eksplodujące bąbelki
Niegojące się rany stanowią poważny problem współczesnej medycyny. Problem, który dotyka milionów ludzi: diabetyków, osób starszych, pacjentów po urazach. W większości przypadków winny jest biofilm. To śluzowata kolonia bakterii, często wielu gatunków naraz, otoczona gęstą, samodzielnie wytwarzaną warstwą ochronną. Ta warstwa działa jak tarcza. Blokuje dostęp antybiotyków i komórek układu odpornościowego do bakterii. Im dłużej biofilm się rozwija, tym mniej przypomina luźną maź, a bardziej elastyczny, wytrzymały materiał, niemal jak żel o własnej sprężystości i odporności mechanicznej.
Dlatego zespół naukowców z University of Illinois w Urbana-Champaign, kierowany przez Yuijna Ahna i Hyunjoona Konga, zaproponował rozwiązanie zapożyczone z... górnictwa. Metoda nazywa się µBLAST, a jej nazwa pochodzi od techniki kontrolowanego wysadzania skał, w której siłę wybuchu skupia się precyzyjnie w jednym punkcie, by uzyskać maksymalny efekt niszczący przy minimalnych stratach w otoczeniu.
W wersji medycznej zamiast materiałów wybuchowych zastosowano mikroskopijne cząstki krzemionki okrzemkowej – naturalnego, porowatego materiału pozyskiwanego ze skamieniałych szkieletów jednokomórkowych glonów zwanych okrzemkami – pokryte cienką warstwą tlenku manganu. Cząstki te umieszcza się pod opatrunkiem z celulozy nasączonej nadtlenkiem wodoru, czyli zwykłą wodą utlenioną. Kiedy woda utleniona zetknie się z tlenkiem manganu, zachodzi reakcja chemiczna, w której powstaje tlen w postaci maleńkich pęcherzyków.
Jeśli takie cząstki po prostu wsypać na ranę, powstające bąbelki gazu szybko unoszą się do góry i uciekają. Ale uwięzione pod celulozą nie mają gdzie się podziać. Zamiast uciekać, rosną na miejscu, łączą się w większe struktury, a potem pękają – i to właśnie ten moment pęknięcia wywołuje mikroskopijny wstrząs mechaniczny, wystarczająco silny, by rozerwać strukturę biofilmu.
Naukowcy potwierdzili to za pomocą tomografii oraz nagrań dźwiękowych. Opatrunek µBLAST generował dźwięki o niższej częstotliwości niż wolne, nieuwięzione cząstki – co świadczy o powstawaniu większych pęcherzyków – i utrzymywał swoją aktywność znacznie dłużej.
W testach laboratoryjnych sprawdzono działanie opatrunku na szczególnie trudnym przeciwniku: biofilmie utworzonym wspólnie przez Pseudomonas aeruginosa oraz lekoopornego gronkowca złocistego (MRSA). Takie mieszane infekcje są trudniejsze do wyleczenia niż zakażenia jednym gatunkiem bakterii, bo współpracujące ze sobą mikroby budują gęstszą, bardziej odporną otoczkę ochronną.
Efekt był wyraźny. Nieleczony biofilm zawierał około 5–10 miliardów bakterii na mililitr. Po zastosowaniu µBLAST liczba ta spadła do zaledwie kilkunastu tysięcy. Liczba bakterii zmniejszyła się więc o sześć rzędów wielkości, było ich setki tysięcy razy mniej niż na początku.
Gdy opatrunek zastosowano przed podaniem gentamycyny, udało się osiągnąć tę samą, a nawet lepszą skuteczność przy dawce leku dziesięciokrotnie mniejszej niż zwykle potrzebna. W dobie narastającej odporności bakterii na antybiotyki to potencjalna zmiana reguł gry, bo mniejsze dawki oznaczają mniej okazji dla bakterii, by wykształcić oporność, i mniej skutków ubocznych dla pacjenta.
Eksperymenty na myszach z dojrzałymi, zainfekowanymi ranami potwierdziły efekt również w żywym organizmie: rany goiły się szybciej, odrastała sierść, a stan zapalny wyraźnie się zmniejszał. W tkankach dominowały komórki odpornościowe typu naprawczego, zamiast tych wywołujących przewlekły stan zapalny.
Artykuł Microblasting Wound Dressings Mechanically Disrupt Polymicrobial Biofilms to Enhance Healing in Treatment-Resistant Wounds został opublikowany na łamach Advanced Science.
Komentarze (0)