Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Plaster sposobem na bezlekową kontrolę infekcji skórnych

W dobie narastającego problemu oporności bakterii na antybiotyki naukowcy szukają rozwiązań przeciwdziałających infekcjom. Jednym z najnowszych osiągnięć w tej dziedzinie jest bioelektroniczny plaster opracowany przez badaczy z University of Chicago oraz University of California w San Diego. Urządzenie wykorzystujące delikatne impulsy elektryczne hamuje rozwój bakterii. Uniemożliwia im tworzenie biofilmów chroniących mikroby przed działaniem leków.

 

 

Biofilm to wielokomórkowa struktura, którą mikroorganizmy tworzą na różnego rodzaju powierzchniach. Głównie w jednym celu otaczają się grubą, śluzowatą powłoką składającą się z substancji egzopolimerowych. Ta unikatowa warstwa obronna sprawia, że mikroorganizmy żyjące w biofilmie są nawet tysiąc razy odporniejsze na działanie środków dezynfekcyjnych niż ich wolno żyjące odpowiedniki. Mikroby tworzące biofilm są w stanie wymieniać się genami oporności na antybiotyki i w związku z tym ich wyeliminowanie z organizmu jest tak trudne. To właśnie biofilm stanowi przyczynę aż 80% przypadków infekcji bakteryjnych opornych na standardowe leczenie. Często pojawia się w ranach, drogach oddechowych, na implantach i protezach oraz zębach. Skutkuje nawracającymi infekcjami i przewlekłymi stanami zapalnymi. W różnych częściach ciała biofilm może przybierać różne formy. Charakterystyczne objawy obecności biofilmu w ranie to nieprzyjemny zapach, wysięk i połyskująca powłoka, a w jamie ustnej – pojawienie się żółtej płytki nazębnej oraz stanów zapalnych.

Wzrost oporności bakterii na antybiotyki stał się jednym z największych wyzwań współczesnej medycyny

Bioelektroniczny plaster może rozwiązać ten problem z uwagi na nową metodę leczenia, bezpieczniejszą i lepiej ukierunkowaną. Ograniczenie stosowania antybiotyków w codziennej terapii to także szansa na zmniejszenie negatywnego wpływu tych leków na organizm. Technologia jako mniej inwazyjna może być stosowana szerzej i dostosowywana do indywidualnych potrzeb pacjentów. Nowatorskie urządzenie, nazwane Bioelectronic Localized Antimicrobial Stimulation Therapy (BLAST), oddziałuje na bakterie za pomocą łagodnych impulsów elektrycznych o napięciu 1,5 V – znacznie poniżej bezpiecznego dla człowieka limitu 15 V. Nowa metoda pozwala kontrolować bakterie Staphylococcus epidermidis bez konieczności stosowania antybiotyków. Zamiast tego wykorzystano łagodną stymulację elektryczną, która selektywnie oddziałuje na bakterie w środowisku kwaśnym – naturalnym pH skóry. Bioelektroniczny plaster, elastyczny i łatwy w aplikacji, emituje delikatne impulsy elektryczne zakłócające zdolność bakterii do tworzenia biofilmu. Badania przeprowadzone na modelach skóry świń wykazały, że plaster w znacznym stopniu zmniejszał wzrost bakterii. W eksperymentach z bakteriami Staphylococcus epidermidis, znanymi z wywoływania zakażeń szpitalnych, aplikacja impulsów przez 10 sekund co 10 minut przez 18 godzin zahamowała rozwój aż 99% skupisk bakterii. Skuteczność terapii potwierdzono na skórze świń – w nieleczonej próbce bakterii było niemal 10 razy mniej. Ten niewielki plaster otwiera drogę do leczenia bakteryjnych infekcji bez konieczności stosowania antybiotyków i może być rewolucyjny w obszarach z ograniczonym dostępem do medykamentów. Ukierunkowane leczenie pozwala na precyzyjne dawkowanie impulsów na małej powierzchni skóry w połączeniu ze zminimalizowaniem ryzyka wystąpienia skutków ubocznych.

Saehyun Kim z University of Chicago zwraca uwagę, że selektywna pobudliwość bakterii daje możliwość prowadzenia kolejnych badań nad kontrolowaniem innych gatunków drobnoustrojów. Planowane jest opracowanie wersji plastra z bezprzewodowym obwodem w  celu jeszcze wygodniejszego, niefarmakologicznego doglądania infekcji. Postęp w tej dziedzinie ma duży potencjał, ponieważ według Światowej Organizacji Zdrowia wyłącznie w 2019 r. oporność bakterii na antybiotyki była bezpośrednią przyczyną 1,27 mln zgonów na świecie. Wyniki badań nad bioelektronicznym plasterm BLAST dają nadzieję na skuteczne metody leczenia zakażeń i potencjalne zmniejszenie globalnej liczby zgonów spowodowanych przez infekcje oporne na leczenie.

Polski „inteligentny” opatrunek SmartHEAL

W leczeniu ran, zwłaszcza przewlekłych, to czas odgrywa kluczową rolę. Gdy rana nie goi się prawidłowo, ryzyko infekcji i powikłań rośnie. Dlatego opatrunki będące w stanie monitorować stan rany bez konieczności ich zdejmowania są obiecującą alternatywą. Takim przełomem jest SmartHEAL stworzony przez studentów z Politechniki Warszawskiej. To inteligentny opatrunek zaprojektowany do monitorowania ran przewlekłych w czasie rzeczywistym. Dzięki zastosowaniu sensora elektrochemicznego SmartHEAL potrafi mierzyć zmiany pH w ranie będące wskaźnikiem stanu zapalnego. Opatrunek może być stosowany przez pacjentów w warunkach domowych. Osoby z ranami przewlekłymi mogą monitorować stan swojej rany samodzielnie. Opatrunek jest łatwy w użyciu i stosunkowo tani, dlatego potencjalnie dostępny dla szerokiego kręgu pacjentów. SmartHEAL to wynik pasji trzech studentów z Politechniki Warszawskiej, którzy połączyli swoje zainteresowania elektroniką drukowaną i medycyną. Mgr inż. Tomasz Raczyński, mgr inż. Piotr Walter oraz mgr inż. Dominik Baraniecki stworzyli prototyp, który przykuł uwagę w międzynarodowych konkursach, zdobywając m.in. prestiżową Nagrodę Jamesa Dysona. Zastosowanie technologii takich jak SmartHEAL w medycynie ma ogromny potencjał. Umożliwia nie tylko skuteczniejsze leczenie, ale także daje pacjentom narzędzia do samodzielnego monitorowania stanu zdrowia. Dzięki takim rozwiązaniom możliwe będzie szybsze wykrywanie zmian w stanie ran. 

Zwycięstwo polskiego zespołu w konkursie Jamesa Dysona to dowód na innowacyjność Politechniki Warszawskiej. Projekt SmartHEAL nie jest jedynym przykładem na to, jak uczelnia wspiera rozwój technologii, które mogą zmienić oblicze medycyny i wielu innych dziedzin. Zwycięzcą krajowego etapu konkursu był również projekt XTRUDE ZERO, który dotyczył recyklingu maseczek chirurgicznych.

Źródła

https://newatlas.com/medical-tech/bioelectronic-wearable-patch/

https://www.medicover.pl/zdrowie/antybiotyki/antybiotykoopornosc/

Fot. Fundacja Jamesa Dysona

KOMENTARZE
Newsletter