Οι λοιμώξεις του μέσου ωτός, γνωστές και ως μέση ωτίτιδα, επηρεάζουν περισσότερο από το 80% των παιδιών στις ΗΠΑ. Σε μια νέα μελέτη, οι ερευνητές σχεδίασαν μια μικροσκοπική συσκευή 3D-print για να απενεργοποιήσουν το Pseudomonas aeruginosa, ένα κοινό βακτήριο που προκαλεί τη λοίμωξη.

Η συσκευή - μια συστοιχία πίδακα μικροπλάσματος - παράγει πλάσμα, το οποίο αποτελείται από φορτισμένα σωματίδια και αντιδραστικά μόρια που έχουν προηγουμένως αποδειχθεί ότι απενεργοποιούν διάφορα παθογόνα. «Είναι η πρώτη φορά που κάποιος προσπάθησε να θεραπεύσει λοιμώξεις μεσαίου ωτός χρησιμοποιώντας τεχνολογία πλάσματος», δήλωσε η Jungeun Won, απόφοιτος φοιτητής στο εργαστήριο Boppart. «Συνήθως, η θεραπεία περιλαμβάνει τη χρήση αντιβιοτικών ή χειρουργικής επέμβασης».

Το πρόβλημα με τη χρήση αντιβιοτικών είναι διπλό. Πρώτον, τα αντιβιοτικά είναι αναποτελεσματικά σε περισσότερο από το 30% των ασθενών με οξείες λοιμώξεις. Δεύτερον, η χρήση τους μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένη αντοχή στα αντιβιοτικά επειδή τα βακτήρια σχηματίζουν βιοφίλμ - αδρανή που προσκολλούνται στην επιφάνεια του αυτιού.

«Τα βιοφίλμ είναι πολύ πυκνά, καθιστώντας δύσκολη τη διείσδυση των αντιβιοτικών», δήλωσε η Helen Nguyen (IGOH), καθηγήτρια του Ivan Racheff στην Πολιτική και Περιβαλλοντική Μηχανική. «Η ιδέα μας ήταν ότι αν μπορούσαμε να διαταράξουμε τη δομή του βιοφίλμ, θα μπορούσαμε να αυξήσουμε τη διείσδυση των αντιβιοτικών».

Οι ερευνητές δοκίμασαν τη συστοιχία μικροπλασμάτων με τη δημιουργία ενός μοντέλου του μεσαίου αυτιού. Χρησιμοποίησαν ένα τύμπανο αρουραίου που αποκόπηκε και δοκίμασαν τις αντιμικροβιακές επιδράσεις του μικροπλάσματος στα βακτήρια που βρίσκονταν πίσω από το τύμπανο.

«Χρησιμοποιήσαμε διαφορετικούς χρόνους διάρκειας για τη θεραπεία και διαπιστώσαμε ότι τα 15 λεπτά και περισσότερο ήταν αποτελεσματικά στην απενεργοποίηση των βακτηρίων», δήλωσε ο Γουόν. «Παρακολουθήσαμε επίσης τον ιστό για να δούμε αν είχαμε δημιουργήσει τρύπες ή ρήξεις, αλλά δεν βρήκαμε καμία προφανή φυσική ζημιά».

«Πιστεύουμε ότι το μικρόπλασμα διαταράσσει το βιοφίλμ διαταράσσοντας τη βακτηριακή κυτταρική μεμβράνη», δήλωσε ο Nguyen. "Μέχρι στιγμής, έχουμε μόνο έμμεσες μετρήσεις που υποστηρίζουν την ιδέα μας, αλλά θα την εξετάσουμε στο μέλλον."

Αν και το πάχος του τυμπάνου αρουραίου είναι 30% χαμηλότερο από αυτό του ανθρώπου, που είναι περίπου το πλάτος ενός κλώνου μαλλιών, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η θεραπεία με μικροπλάσμα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία λοιμώξεων του μέσου ωτός σε ανθρώπους.

«Οι λοιμώξεις του μεσαίου αυτιού και η υπερβολική συνταγή αντιβιοτικών για τη θεραπεία αυτών είναι μείζονες κλινικές προκλήσεις που χρειάζονται νέες τεχνολογίες και λύσεις θεραπείας», δήλωσε ο Stephen Boppart, Διακεκριμένος πρόεδρος της μηχανικής Grainger, ο οποίος είναι επίσης ιατρός.

Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα μια μικρότερη, πίδακα σχήματος ακουστικού για θεραπείες που θα επιτρέψουν μεγαλύτερους χρόνους έκθεσης. Θα δοκιμάσουν επίσης τις συσκευές σε ζωικά μοντέλα που χρησιμοποιούν βιοφίλμ των άλλων βακτηρίων που προκαλούν λοιμώξεις του μέσου ωτός, συμπεριλαμβανομένων, ενδεικτικά, των Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae και Moraxella catarrhalis, για να ελέγξουν εάν η θεραπεία είναι επίσης αποτελεσματική με αυτά τα βακτήρια. Επιπλέον, οι ερευνητές θα παρακολουθούν στενά τους ιστούς του μεσαίου αυτιού για να διασφαλίσουν ότι δεν υπάρχει δομική και λειτουργική βλάβη ιστών από την τεχνολογία πλάσματος.

###

Η μελέτη διεξήχθη σε συνεργασία με τα εργαστήρια του J. Gary Eden, της Intel Alumni Endowed Chair Emeritus in Electrical and Computer Engineering και του Stephen Boppart, Grainger Distinguished Chair in Engineering, με ραντεβού στα Τμήματα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών και Βιομηχανική.

Η μελέτη «Αδρανοποίηση και ευαισθητοποίηση του Pseudomonas aeruginosa από συστοιχία μικροπλασμάτων για τη θεραπεία της μέσης ωτίτιδας» δημοσιεύθηκε στο npj Biofilms και Μικροβιομερή και μπορείτε να βρείτε στο 10.1038 / s41522-021-00219-2. Το έργο χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το Γραφείο Επιστημονικής Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ και τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας.