Un nou strat reduce aderența proteinelor pentru a diminua infecțiile spitalicești
O acoperire non-toxic dezvoltată de cercetătorii de la Universitatea din Toronto previne aderența proteinelor pe suprafețe, oferind astfel un nou instrument în lupta împotriva infecțiilor dobândite în spitale.
„În prezent, cea mai simplă metodă de a menține o suprafață curată și lipsită de microbi patogeni este să o speli cu dezinfectanți precum înălbitorul”, afirmă profesorul Kevin Golovin, care conduce Laboratorul de Materiale Avansate cu Repelent Durabil (DREAM) la Universitatea din Toronto.
„Dar, desigur, nu este ideal ca oamenii care lucrează în aceste medii să fie expuși constant la aceste produse toxice. Și ori de câte ori folosești substanțe chimice pentru a omorî patogenii, crești șansele ca unele tulpini să evolueze și să devină imune la ele.”
Golovin și echipa sa sunt specializați în proiectarea acoperirilor de suprafață care resping selectiv anumite substanțe. Lucrările lor au o gamă variată de aplicații, de la menținerea aripilor avioanelor fără gheață la proiectarea unor tipuri noi de tigăi antiaderente.
În cea mai recentă cercetare, publicată în Chemical Engineering Journal, accentul a fost pus pe prevenirea bacteriilor infecțioase de a se fixa pe suprafețe.
„Multe boli infecțioase sunt transmise prin contact”, spune Golovin.
„Microbii care le transportă eliberează de obicei un strat lipicios de proteine care le permite să se atașeze de o suprafață. Dacă poți opri acele proteine să se lipească, poți preveni răspândirea bolii.”
Una dintre moleculele cu care echipa a lucrat extensiv este polidimetilsiloxanul (PDMS), un tip de polimer de siliciu care este flexibil, transparent și, cel mai important, biocompatibil. Acesta este deja utilizat pe scară largă în aplicații medicale, de la lentile de contact la implanturi mamare.
Deși PDMS respinge bacteriile într-o oarecare măsură, echipa a considerat că pot îmbunătăți această capacitate prin schimbarea structurii sale moleculare.
Una dintre metodele de utilizare a PDMS este legarea încrucișată a lanțurilor polimerice, rezultând materialul cunoscut sub numele de cauciuc siliconic.
„Dar suprafața noastră este diferită: în loc să aibă lanțuri interconectate, solidificate, este acoperită cu lanțuri lungi de PDMS care ies în evidență, asemeni perilor unei perii”, explică Mehdi Sadeghi, student la doctorat și autor principal al lucrării.
„Însă, spre deosebire de perii, aceste lanțuri de PDMS nu sunt foarte rigide: ele se pot îndoi și oscila, dând naștere unei suprafețe pe care echipa o descrie ca fiind „fluidică”. Acest lucru face ca aderența proteinelor lipicioase eliberate de bacterii să fie mult mai dificilă.”
Pentru a testa suprafața, echipa a folosit albumina serică bovină (BSA), o proteină derivată din sângele vacilor, ca un substitut pentru proteinele bacteriene.
Au plasat picături de BSA dizolvate în apă sărată pe suprafața lor, precum și pe suprafețe tratate cu alte acoperiri antiaderente.
„Pe măsură ce picătura se evaporă, ceea ce vezi de obicei este că BSA se mută spre margini, formând ceva ce arată ca un cerc de cafea – un cerc întunecat care rămâne pe suprafață chiar și după ce toată apa s-a evaporat”, spune Sadeghi.
„Dar pe suprafața fluidică acoperită cu perii de PDMS, nu am observat asta. În schimb, cercul s-a micșorat odată cu picătura, deoarece proteinele pur și simplu nu au putut să se lipească.”
„La final, nu rămâne decât un mic punct de reziduu care se desprinde la cea mai mică atingere: chiar și o suflare ușoară este suficientă pentru a-l face să zboare de pe suprafață. De asemenea, îl poți spăla cu apă simplă, mai degrabă decât cu substanțe chimice dure precum înălbitorul.”
În testele echipei, perii de PDMS au rezistat aderenței proteinelor chiar mai bine decât substanțele chimice din familia polifluoroalchilică (PFAS), care includ celebrul Teflon antiaderent.
Având în vedere că expunerea la niveluri ridicate de substanțe chimice PFAS a fost asociată cu efecte asupra sănătății precum cancerul, perii de PDMS ar putea oferi o soluție mai sigură.
Golovin afirmă că pașii următori ai echipei vor include colaborarea cu cercetători care studiază bacteriile patogene pentru a confirma dacă suprafața lor este capabilă să respingă proteinele adezive reale la fel de bine cum o face cu BSA.
De asemenea, lucrează cu companii care fabrică echipamente medicale și care ar putea dori să licențieze sau să comercializeze tehnologia.
Cercetarea a fost parțial finanțată de Meltech Innovation Canada Inc., parte din Medicom Group. Compania, cu sediul în Ste-Eustache, Quebec, este un producător global de produse pentru controlul infecțiilor.
„Această colaborare demonstrează angajamentul nostru continuu față de inovația bazată pe știință în prevenirea infecțiilor. Valorificarea expertizei recunoscute a laboratorului DREAM al dlui Golovin în ingineria suprafețelor permite o înțelegere mai profundă a modului în care contaminanții interacționează cu materialele. Prin sprijinirea cercetării în stadiu incipient, facilităm dezvoltarea unor soluții de protecție mai sofisticate și rezistente, concepute pentru a proteja mai bine pacienții și profesioniștii din domeniul sănătății”, afirmă Dr. Nektaria Markoglou.
„Procesul de acoperire este scalabil, iar desfășurarea sa mai largă va depinde de optimizarea integrării în producție”, spune Golovin.
„Vor fi necesare evaluări suplimentare pentru a identifica căi cost-eficiente care să se alinieze cu performanța protectoare semnificativă pe care această tehnologie o permite, susținând o expansiune potențială atât în echipamente de mare valoare, cât și în produse de uz unic. Suntem foarte entuziasmați de posibilitățile viitoare.”
