Mittelohrentzündungen, auch als Mittelohrentzündung bekannt, betreffen mehr als 80 % der Kinder in den USA In einer neuen Studie haben Forscher ein miniaturisiertes 3D-gedrucktes Gerät entwickelt, um Pseudomonas aeruginosa, ein häufiges Bakterium, das die Infektion verursacht, zu inaktivieren.

Das Gerät – ein Mikroplasma-Jet-Array – erzeugt Plasma, das aus geladenen Partikeln und reaktiven Molekülen besteht, von denen zuvor gezeigt wurde, dass sie verschiedene Krankheitserreger inaktivieren. „Dies ist das erste Mal, dass jemand versucht, Mittelohrentzündungen mit Plasmatechnologie zu behandeln“, sagte Jungeun Won, ein Doktorand im Boppart-Labor. "Normalerweise beinhaltet die Behandlung den Einsatz von Antibiotika oder einen chirurgischen Eingriff."

Das Problem bei der Verwendung von Antibiotika ist zweifach. Erstens sind Antibiotika bei mehr als 30 % der Patienten mit akuten Infektionen wirkungslos. Zweitens kann ihr Einsatz zu einer erhöhten Antibiotikaresistenz führen, da die Bakterien Biofilme bilden – Aggregate, die sich an der Ohroberfläche anlagern.

„Biofilme sind sehr dicht, was das Eindringen von Antibiotika erschwert“, sagt Helen Nguyen (IGOH), Ivan Racheff Professorin für Bau- und Umweltingenieurwesen. „Unsere Idee war, dass wir die Durchdringung der Antibiotika erhöhen könnten, wenn wir die Struktur des Biofilms stören könnten.“

Die Forscher testeten das Mikroplasma-Jet-Array, indem sie ein Modell des Mittelohrs bauten. Sie verwendeten ein herausgeschnittenes Rattentrommelfell und testeten die antimikrobielle Wirkung des Mikroplasmas auf die Bakterien, die sich hinter dem Trommelfell befanden.

„Wir haben unterschiedliche Behandlungsdauern verwendet und festgestellt, dass 15 Minuten und länger die Bakterien wirksam inaktivieren“, sagte Won. „Wir haben das Gewebe auch auf Löcher oder Risse untersucht, aber keine offensichtlichen physischen Schäden festgestellt.“

„Wir glauben, dass das Mikroplasma den Biofilm stört, indem es die bakterielle Zellmembran stört“, sagte Nguyen. „Bisher haben wir nur indirekte Messungen, die unsere Idee unterstützen, aber wir werden das in Zukunft prüfen.“

Obwohl die Dicke des Trommelfells einer Ratte um 30% geringer ist als die eines Menschen, was etwa der Breite einer Haarsträhne entspricht, legen die Ergebnisse nahe, dass die Mikroplasma-Behandlung zur Behandlung von Mittelohrinfektionen beim Menschen verwendet werden könnte.

„Mittelohrentzündungen und die übermäßige Verschreibung von Antibiotika zu deren Behandlung sind große klinische Herausforderungen, die neue Behandlungstechnologien und -lösungen erfordern“, sagte Stephen Boppart, Grainger Distinguished Chair in Engineering, der auch Mediziner ist.

Die Forscher entwickeln nun ein kleineres, ohrhörerförmiges Jet-Array für Behandlungen, das längere Expositionszeiten ermöglicht. Sie werden die Geräte auch an Tiermodellen mit Biofilmen anderer Bakterien testen, die Mittelohrinfektionen verursachen, darunter Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae und Moraxella catarrhalis, um zu testen, ob die Behandlung auch bei diesen Bakterien wirksam ist. Darüber hinaus werden die Forscher das Gewebe des Mittelohrs genau überwachen, um sicherzustellen, dass durch die Plasmatechnologie keine strukturellen und funktionellen Gewebeschäden entstehen.

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Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit den Laboren von J. Gary Eden, Intel Alumni Endowed Chair Emeritus in Electrical and Computer Engineering, und Stephen Boppart, einem Grainger Distinguished Chair in Engineering, mit Berufungen in die Fakultäten für Elektrotechnik und Computertechnik, und Biotechnik.

Die Studie „Inaktivierung und Sensibilisierung von Pseudomonas aeruginosa durch Mikroplasma-Jet-Array zur Behandlung von Mittelohrentzündung“ wurde veröffentlicht in npj Biofilme und Mikrobiome und kann unter 10.1038/s41522-021-00219-2 gefunden werden. Die Arbeit wurde von der National Science Foundation, dem US Air Force Office of Scientific Research und den National Institutes of Health finanziert.