Mellanöroninfektioner, även känd som otitis media, drabbar mer än 80% av barnen i USA. I en ny studie har forskare utformat en miniatyriserad 3D-tryckt enhet för att inaktivera Pseudomonas aeruginosa, en vanlig bakterie som orsakar infektionen.

Enheten - ett mikroplasmastrålar - genererar plasma, som består av laddade partiklar och reaktiva molekyler som tidigare har visats inaktivera olika patogener. "Det här är första gången någon har försökt att behandla mellanörsinfektioner med plasmateknik", säger Jungeun Won, doktorand i Boppart-labbet. "Vanligtvis handlar det om att använda antibiotika eller kirurgiska ingrepp."

Problemet med att använda antibiotika är dubbelt så stort. För det första är antibiotika ineffektiva hos mer än 30% av patienterna med akuta infektioner. För det andra kan deras användning leda till ökad antibiotikaresistens eftersom bakterierna bildar biofilmer - aggregat som fäster vid örat.

"Biofilmer är mycket täta, vilket gör det svårt för antibiotika att tränga igenom", säger Helen Nguyen (IGOH), professor i civil- och miljöteknik i Ivan Racheff. "Vår idé var att om vi kunde störa biofilmens struktur, kunde vi öka antibiotikans penetration."

Forskarna testade mikroplasmastrålaruppsättningen genom att bygga en modell av mellanörat. De använde en urskuren råtthinna och testade de antimikrobiella effekterna av mikroplasma på bakterierna som låg bakom trumhinnan.

"Vi använde olika varaktighetstider för behandlingen och fann att 15 minuter och längre var effektiva för att inaktivera bakterierna," sa Won. "Vi övervakade också vävnaden för att se om vi hade skapat några hål eller bristningar, men vi hittade ingen uppenbar fysisk skada."

"Vi tror att mikroplasma stör biofilmen genom att störa bakteriecellmembranet," sa Nguyen. "Hittills har vi bara indirekta mått som stöder vår idé, men vi kommer att titta på den i framtiden."

Även om tjockleken på trumhinnan på råttan är 30% lägre än hos en människa, vilket är ungefär bredden på en hårstrå, tyder resultaten på att mikroplasma-behandlingen kan användas för att behandla mellanörsinfektioner hos människor.

"Mellanöroninfektioner och överrecept av antibiotika för att behandla dessa är stora kliniska utmaningar som behöver nya behandlingstekniker och lösningar", säger Stephen Boppart, Grainger Distinguished Chair in Engineering, som också är läkare.

Forskarna utformar nu en mindre, öronsnäckad jetstråle för behandlingar som möjliggör längre exponeringstider. De kommer också att testa enheterna på djurmodeller med biofilmer från andra bakterier som orsakar mellanörsinfektioner, inklusive, men inte begränsat till, Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae och Moraxella catarrhalis, för att testa om behandlingen också är effektiv med dessa bakterier. Dessutom kommer forskarna att noggrant övervaka vävnaderna i mellanörat för att säkerställa att det inte finns någon strukturell och funktionell vävnadsskada från plasmateknologin.

# # #

Studien genomfördes i samarbete med laboratorierna av J. Gary Eden, Intel Alumni Endowed Chair Emeritus in Electrical and Computer Engineering, och Stephen Boppart, en Grainger Distinguished Chair in Engineering, med utnämningar i avdelningarna för elektroteknik och datateknik, och Bioteknik.

Studien "Inaktivering och sensibilisering av Pseudomonas aeruginosa med mikroplasmastrålar för behandling av otitis media" publicerades i npj Biofilms och mikrobiomer och kan hittas på 10.1038 / s41522-021-00219-2. Arbetet finansierades av National Science Foundation, US Air Force Office of Scientific Research och National Institutes of Health.