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.