Ученые ИТМО совместно с коллегами из Челябинского государственного университета и Южного федерального университета предложили малоинвазивный и безопасный подход для очистки уретральных катетеров. В его основе — магнитные мягкие роботы, которые удаляют биопленки с бактериями почти со 100%-ой эффективностью. Причем управлять ими можно дистанционно — с помощью магнитного поля. Использование мягких роботов позволит предотвращать развитие инфекций и избежать частой болезненной процедуры смены катетеров. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.
Люди при проблемах с мочеиспусканием (например, пожилые люди с недержанием), а также пациенты на стационарном лечении после травм вынуждены носить уретральные катетеры — они отводят жидкость из мочевого пузыря. Находясь в теле человека, катетеры через какое-то время зарастают биопленками из разных бактерий, которые увеличивают риски развития уретрита и других заболеваний мочевыводящих путей. Чтобы этого не произошло, катетеры нужно заменять как минимум раз в неделю. Однако это довольно болезненная процедура, которая доставляет дискомфорт пациенту. Если инфекция все же развивается, пациенты вынуждены принимать антибиотики, из-за чего может развиваться антибиотикорезистентность.
Ученые из Петербурга, Челябинска и Ростова-на-Дону разработали мягкого магнитного робота, который способен механически очищать поверхность катетера от биопленок, предотвращая распространение бактерий. Он представляет собой композит, состоящий из магнитных наночастиц и эластомера (высокоэластичный полимер). Ученые протестировали семь типов роботов — самый эффективный из них оказался в форме октограммы (восьмиконечной звезды). Благодаря своей сложной форме он лучше справляется со своей задачей.
Ученые из Петербурга, Челябинска и Ростова-на-Дону разработали мягкого магнитного робота, который способен механически очищать поверхность катетера от биопленок, предотвращая распространение бактерий. Он представляет собой композит, состоящий из магнитных наночастиц и эластомера (высокоэластичный полимер). Ученые протестировали семь типов роботов — самый эффективный из них оказался в форме октограммы (восьмиконечной звезды). Благодаря своей сложной форме он лучше справляется со своей задачей.
Работает это так: робота помещают внутрь изделия, которое находится в магнитной установке. Под действием переменного магнитного поля робот начинает вращаться и передвигаться по катетеру, удаляя биопленку с его поверхности.
«Действенность робота мы проверили в экспериментах in vitro: выращивали на катетерах биопленки с бактериями в бо́льших концентрациях, чем встречаются в реальной жизни. Для этого мы использовали два вида бактерий: грамположительные (Pseudomonas aeruginosa) и грамотрицательные (Staphylococcus aureus). Примерно за минуту робот почти со 100%-ой эффективностью уничтожил трехдневную культуру бактерий. Также мы оценивали выживаемость бактерий после очистки катетера. В среднем нам удалось добиться около 50–80% смертности бактерий для всех видов роботов», – рассказали авторы разработки, инженер химико-биологический кластера ИТМО Даниил Кладько и выпускница ИТМО Полина Бабурова.
Результаты исследования в перспективе позволят увеличить время ношения катетера и снизить риск появления инфекций. Авторы разработки предполагают, что для очистки катетера робота будет достаточно использовать примерно раз в неделю. Следующий шаг ученых — усовершенствовать лабораторную магнитную установку и провести эксперименты на животных. Кроме того, ученые планируют адаптировать роботов для очистки и других видов катетеризации: венозной, желудка (при гастростомии), интубации трахеи.
Проект поддержан Российским научным фондом и программой «Приоритет 2030».
Проект поддержан Российским научным фондом и программой «Приоритет 2030».
