
Кожные инфекции вылечат электротоком
Исследователи научились останавливать бактериальные инфекции на коже без каких-либо лекарств с помощью слабых электрических разрядов. Пластырь, в котором незаметные для пациента электрические разряды убивают микробов, разработан впервые.
— Божжи Тянь из Чикагского университета, один из соавторов статьи в журнале Device.
Вообще, учёные и ранее использовали электричество, например, для влияния на клетки млекопитающих, в том числе человека, и для лечения заболеваний без применения лекарств. Например, кардиостимуляторы могут регулировать сердцебиение, «подталкивая» сердечную мышцу. И в протезе сетчатки, разновидности бионического глаза, также используется электричество для стимуляции органа пациента с целью хотя бы частично восстановить его зрение.
Тянь с коллегами задались вопросом, можно ли управлять бактериями с помощью электричества вместо антибиотиков. Как известно, традиционный подход с применением лекарств уже привёл к глобальному кризису устойчивости к таким медикаментам. Из-за чрезмерного использования антибиотиков для терапии людей и домашних животных многие микробы выработали устойчивость к современным препаратам, сделав их менее эффективными. Согласно статистике, только в 2019 году инфекции, устойчивые к лекарствам, стали причиной 1,27 млн смертей по всему миру.
Команда исследователей решила проверить, будет ли распространённая бактерия эпидермального стафилококка (Staphylococcus epidermidis) реагировать на электрическую стимуляцию. Кожный стафилококк признан в целом безвредным, точнее — условно-патогенным микроорганизмом, который обычно обитает на коже и слизистых оболочках без неприятных последствий. Для здорового человека S. epidermidis даже полезен, так как может защищать кожу от явных патогенов. Но когда он попадает в организм через порез, в том числе хирургический, либо через вставленный в тело трубку-катетер, то может вызвать серьёзные инфекции. К тому же недавно появились три штамма S. epidermidis, устойчивых ко всем антибиотикам подряд.
— Гюрол Сюэль из Калифорнийского университета (Сан-Диего), соавтор исследования.
Учёные обнаружили, что слабые электрические импульсы воздействуют на S. epidermidis, но только в кислой среде. Исследователи называют такую особенность избирательной возбудимостью. Здоровая кожа человека как раз обычно имеет слабокислую поверхность, а в хронических ранах среда чаще всего нейтральная или щелочная.
Сэхён Ким из Чикагского университета, ещё один соавтор исследования, сказал, что реакция бактерий на электричество была изучена недостаточно хорошо. Так сложилось отчасти потому, что науке были неизвестны конкретные условия, при которых бактерии реагируют на ток. Изучение избирательной возбудимости помогло бы контролировать другие виды бактерий в различных условиях.
Команда исследователей стимулировала стафилококк слабым электрическим током с напряжением 1,5 вольта в течение 10 секунд через каждые 10 минут в течение 18 часов. Следует отметить, что предел ощутимости и безопасности для человека — 15 вольт, так что электричество в инновационном пластыре совсем незаметно. При идеальных кислотных условиях воздействие электрическим током уничтожало 99% биоплёнки, то есть скопления бактерий, которое блокирует действие лекарств и приводит к хроническим инфекциям. А при нейтральном уровне pH (кислотности) воздействие не оказало никакого эффекта.
Дальнейший анализ также показал, что после электрической стимуляции у S. epidermidis снижается способность генов вырабатывать устойчивость к антибиотикам и образовывать биоплёнку на коже.
Чтобы лечить кожные раны, стимулируя стафилококк, специалисты разработали пластырь под названием «Биоэлектронная локализованная терапия противомикробной стимуляцией», или BLAST. Пластырь содержит электроды и гидрогель с кислой средой. Изобретение успешно протестировали на свиной коже, покрытой слоем S. epidermidis.
После 18 часов воздействия пластырем биоплёнка значительное уменьшилась, так как количество микробных клеток упало почти в десять раз по сравнению с образцом кожи без пластыря. Устройство также испытали на поверхности катетера и увидели такой же противомикробный эффект.
— Тянь.
Изобретение может быть особенно полезно для заживления ран, инфицированных устойчивыми к антибиотикам бактериями
— Божжи Тянь из Чикагского университета, один из соавторов статьи в журнале Device.
Вообще, учёные и ранее использовали электричество, например, для влияния на клетки млекопитающих, в том числе человека, и для лечения заболеваний без применения лекарств. Например, кардиостимуляторы могут регулировать сердцебиение, «подталкивая» сердечную мышцу. И в протезе сетчатки, разновидности бионического глаза, также используется электричество для стимуляции органа пациента с целью хотя бы частично восстановить его зрение.
Тянь с коллегами задались вопросом, можно ли управлять бактериями с помощью электричества вместо антибиотиков. Как известно, традиционный подход с применением лекарств уже привёл к глобальному кризису устойчивости к таким медикаментам. Из-за чрезмерного использования антибиотиков для терапии людей и домашних животных многие микробы выработали устойчивость к современным препаратам, сделав их менее эффективными. Согласно статистике, только в 2019 году инфекции, устойчивые к лекарствам, стали причиной 1,27 млн смертей по всему миру.
Команда исследователей решила проверить, будет ли распространённая бактерия эпидермального стафилококка (Staphylococcus epidermidis) реагировать на электрическую стимуляцию. Кожный стафилококк признан в целом безвредным, точнее — условно-патогенным микроорганизмом, который обычно обитает на коже и слизистых оболочках без неприятных последствий. Для здорового человека S. epidermidis даже полезен, так как может защищать кожу от явных патогенов. Но когда он попадает в организм через порез, в том числе хирургический, либо через вставленный в тело трубку-катетер, то может вызвать серьёзные инфекции. К тому же недавно появились три штамма S. epidermidis, устойчивых ко всем антибиотикам подряд.
Стафилококк — это часть здоровой микробной экосистемы, которая естественным образом существует на нашей коже. Вот почему возникла идея лечения электрическими повязками, чтобы не уничтожать S. epidermidis, ведь его полное отсутствие на нашей коже может вызвать новые проблемы
— Гюрол Сюэль из Калифорнийского университета (Сан-Диего), соавтор исследования.
Учёные обнаружили, что слабые электрические импульсы воздействуют на S. epidermidis, но только в кислой среде. Исследователи называют такую особенность избирательной возбудимостью. Здоровая кожа человека как раз обычно имеет слабокислую поверхность, а в хронических ранах среда чаще всего нейтральная или щелочная.
Сэхён Ким из Чикагского университета, ещё один соавтор исследования, сказал, что реакция бактерий на электричество была изучена недостаточно хорошо. Так сложилось отчасти потому, что науке были неизвестны конкретные условия, при которых бактерии реагируют на ток. Изучение избирательной возбудимости помогло бы контролировать другие виды бактерий в различных условиях.
Команда исследователей стимулировала стафилококк слабым электрическим током с напряжением 1,5 вольта в течение 10 секунд через каждые 10 минут в течение 18 часов. Следует отметить, что предел ощутимости и безопасности для человека — 15 вольт, так что электричество в инновационном пластыре совсем незаметно. При идеальных кислотных условиях воздействие электрическим током уничтожало 99% биоплёнки, то есть скопления бактерий, которое блокирует действие лекарств и приводит к хроническим инфекциям. А при нейтральном уровне pH (кислотности) воздействие не оказало никакого эффекта.
Дальнейший анализ также показал, что после электрической стимуляции у S. epidermidis снижается способность генов вырабатывать устойчивость к антибиотикам и образовывать биоплёнку на коже.
Чтобы лечить кожные раны, стимулируя стафилококк, специалисты разработали пластырь под названием «Биоэлектронная локализованная терапия противомикробной стимуляцией», или BLAST. Пластырь содержит электроды и гидрогель с кислой средой. Изобретение успешно протестировали на свиной коже, покрытой слоем S. epidermidis.
После 18 часов воздействия пластырем биоплёнка значительное уменьшилась, так как количество микробных клеток упало почти в десять раз по сравнению с образцом кожи без пластыря. Устройство также испытали на поверхности катетера и увидели такой же противомикробный эффект.
В ходе дальнейших исследований мы с коллегами намерены разработать носимый пластырь с беспроводной схемой для борьбы с инфекциями без лекарств
— Тянь.
- Дмитрий Ладыгин
- freepik.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Планшет, пролежавший в Темзе пять лет, помог раскрыть серию запутанных преступлений
Эксперты говорят: даже вода не смогла стереть цифровые следы....

Учёные говорят, что обнаружили огромный тайный город под египетскими пирамидами
Проверять пока не разрешили....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Почему мы не помним себя младенцами? Новое исследование дало ответы
Возможно, помним, но «ларчик» заперт....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

Астрофизики рассказали, почему Вселенная замедляется вопреки предсказаниям Эйнштейна
Если открытие DESI и ослабление темной энергии подтвердится, учебники придется переписать....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...