Jak zapobiegać tworzeniu się biofilmów procesami fonochemicznymi

Najczęściej spotykane w szpitalach drobnoustroje uodpornione na wiele leków to pałeczka ropy błękitnej i gronkowiec złocisty. Próbowano już różnych metod zapobiegania powstawaniu biofilmów, w tym poprzez wykorzystanie mechanizmów biologicznych i nasycanie przyrządów medycznych środkami przeciwbakteryjnymi, lecz działania te okazały się nieskuteczne.

W ramach finansowanego ze środków UE projektu NOVO (Novel approaches for prevention and degeneration of pathogenic bacteria biofilms formed on medical devices e.g. catheters) zastosowano tanią, jednoetapową i ekologiczną metodę ultradźwiękową do zapobiegania powstawaniu biofilmów oraz wytwarzania nowatorskich powłok i materiałów antybakteryjnych. Podczas badań nad powłokami naukowcy przeanalizowali skuteczność nanocząstek nieorganicznych, takich jak tlenek cynku (ZnO) i fluorek magnezu (MgF2), oraz polimerów i enzymów organicznych.

Pomyślnie pokryto cewniki powłoką z cząstek nieorganicznych, w przypadku MgF2, uzyskując ponad 70-procentową skuteczność zapobiegania powstawaniu biofilmów. Cały proces fonochemicznego nanoszenia powłoki na cewnik trwa niecałe 30 minut. Cewniki powleczone ZnO i MgF2 zachowują pełną zgodność biologiczną, a sterylizacja promieniowaniem gamma i tlenkiem etylenu nie ma wpływu na ich właściwości. Co istotne, cewniki powlekane mają właściwości zgodne z obowiązującymi przepisami.

Powlekanie cewników silikonowych polimerami organicznymi pozwoliło ograniczyć tworzenie biofilmów pałeczki ropy błękitnej i gronkowca złocistego. Zoptymalizowano również warunki modyfikowania rozpuszczalników organicznych. Szczególnie wysoką, 80-procentową skuteczność zapobiegania biofilmom stwierdzono dla preparatów łączących polikatechiny z trimetoprymem oraz trimetoprymem i sulfametoksazolem.

Cewniki pokryte enzymatycznie polimeryzowanymi związkami fenolowymi i nanokapsułkami fenolowymi dały doskonałe rezultaty. W testach wykazano ponad 80-procentową skuteczność działania antybakteryjnego dla kilku gatunków bakterii. Zastosowanie metakrylanu sulfobetainy z fenolowymi nanokapsułkami znacząco zwiększyło skuteczność zapobiegania powstawaniu biofilmu.

Jednocześnie naukowcy pomyślnie immobilizowali na powierzchni cewników wybrane enzymy, w tym dehydrogenazę celobiozową i acylazę. Również te powłoki skutecznie ograniczały tworzenie biofilmów pałeczki ropy błękitnej i gronkowca złocistego.

Opracowane w ramach projektu NOVO produkty i techniki powlekania przyrządów medycznych mogą stanowić tanią metodę znacznego zmniejszenia liczby infekcji szpitalnych, tym samym podnosząc jakość usług medycznych i jakość życia pacjentów. Platforma technologiczna NOVO może też znaleźć zastosowania pozamedyczne, między innymi przy produkcji rur kanalizacyjnych, rurociągów i membran do oczyszczania wody. Powinno to przynieść nowe miejsca pracy i wspomóc sektor gospodarki europejskiej wart kilka miliardów euro.