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
Деревянной конструкции... 500 тысяч лет: его построили не Homo Sapiens. Но тогда кто?
Археологи говорят, что, кроме каменного, бронзового и железного, был еще один век, сейчас почти потерянный...
Река длиной 60 километров: зачем она протекает по дну Черного моря?
Ученые говорят: от этого потока зависит абсолютно все живое в море. Почему так происходит?...
Аризонский инцидент: почему самолет засосало в гигантский кратер?
Крушение было неизбежно, ведь природной аномалии удалось даже опытнейшего пилота....
14 памятников и храм высотой 12 метров: в джунглях Юкатана нашли неразграбленный город майя
Как населенный пункт веками ускользал от искателей сокровищ и что его открытие значит для науки?...
NASA скрывало следы НЛО: ученый рассказал об аномалиях лунных миссий
Странные шары сопровождали астронавтов на Луне, и этот феномен до сих пор не разгадан...
Умели ли древние египтяне летать: в истории 2200-летнего артефакта поставлена точка?
Эта находка более столетия вызывала ожесточенные споры у ученых, и даже сейчас, когда все вроде ясно, история Саккарской птицы явно не закончена...
Древнее «чудовище» в Кавказских горах пришлось вырубать молотками и зубилами
Новое открытие должно закрыть многие белые пятна в истории планеты...
Загадочный древнерусский город: в одном районе приносили людей жертву и в другом — верили в Христа
Изломанный человеческий череп в основании печи поразил российских археологов...
Эта гроза с молниями никогда не заканчивается. Ученые, наконец, выяснили почему
Маракайбо: 28 вспышек в минуту, 140-160 дней в году, риск попадания молнии выше всех на планете...
Почему кашалоты спят вверх головой: ученые все-таки разгадали секрет хищных китов
Тайна оказалась связанной с «чудесными» пузырьками воздуха...
NASA показало невероятные кристаллы, растущие на МКС: что там вообще происходит?
По словам ученых, когда отключается гравитация, начинаются настоящие чудеса...
Неправильные радиоволны: SETI признал, что пришельцев все время слушали не там
Отказ от старой человеческой логики в поисках уже помог найти шесть миллионов новых звезд...