Антибактериальная кожа акулы поможет медицине стать более стерильной

Акулы периодически становятся предметом внимания в телевизионных передачах и в новостных сюжетах, посвящённых нападениям на людей, а также центральными персонажами в фильмах ужасов.

Однако мало кто знает, что акулы могут спасать миллионы жизней от опасных заболеваний, защищать людей от патогенных микроорганизмов и подсказывать инженерам идеи для инновационных разработок.

Новое исследование учёных, посвящённое антимикробным свойствам кожи акулы, может стать очередным стимулом для разработки уникальных материалов, защищающих поверхности от размножения и поражения их бактериями и микроорганизмами, а также предотвращать биообрастание в промышленной сфере.

Исследование опубликовано в научном жeрнале Science Direct группой китайских учёных и носит название “Ингибирование образования биопленки шероховатыми поверхностями с текстурой кожи акулы”. В нём учёные изучили микрорельеф и поверхностные характеристики кожи акулы и влияние её поверхностных свойств на заражение бактериями и их размножение.

Учёные выяснили, что свойства кожи акул препятствуют прикреплению бактерий на ранней стадии заражения и предотвращают развитие бактериальных биоплёнок.

Борьба с микробами – это непрерывное противостояние, в результате которого в одних только США ежегодно появляется более 2 миллионов инфицированных людей и происходит 23 тысячи смертей от инфекций.

В результате действия антибиотиков устойчивость бактерий к этим препаратам растёт и они становятся всё менее эффективными. Пациенты в больницах, которые ведут борьбу с болезнями или имеют ослабленную иммунную систему, особенно подвержены риску развития инфекций, всего лишь прикасаясь к загрязнённым предметам и поражённым микроорганизмами поверхностям, таким как дверные ручки, сантехника и бытовые приборы.

Учёные продолжают разрабатывать покрытия для таких высокозначимых для здоровья человека поверхностей, чтобы бороться с ростом и распространением микробов. Например, на основе кожи акул ранее была изобретена технология Sharklet AF – это покрытие, имитирующее кожу акулы с целью уменьшить способности бактерий прикрепляться к поверхностям и подавлять их жизнедеятельность.

Так, данная технология способна эффективно бороться с такими опасными бактериями как кишечная палочка и золотистый стафилококк.

В своём новом исследовании учёные решили рассмотреть использование уникальных качеств кожи акулы для борьбы с микроорганизмами в более широком спектре вопросов. Одним из таких вопросов стало влияние рельефа поверхности по подобию кожной структуры акулы на биообрастание в медицинской отрасли.

Биологическое обрастание – это колонизация поверхностей микроорганизмами, которая может иметь разрушительные последствия для искусственных устройств, используемых в различных областях человеческой жизнедеятельности.

Возможно, вы слышали о биологическом обрастании в отношении его воздействия на погружённые в воду поверхности, такие как корпус судна, гребные винты, якоря и рыболовные снасти, что приводит к нежелательным сопротивлениям, коррозии и увеличению расхода топлива.

Но помимо этого биологическое обрастание представляет собой серьёзную проблему для различных отраслей промышленности за пределами морского мира, включая медицину, экологическую биотехнологию и промышленные сферы.

Например, биообрастание происходит в медицинских устройствах и на изделиях, таких как катетеры, имплантаты и биосенсоры, что может привести к распространению инфекционных заболеваний, отторжению человеческим телом искусственных тканей и сбоям в механизмах, поддерживающих стабильное состояние организма человека.

– Медицинские устройства играют жизненно важную роль в лечении многочисленных заболеваний и предназначены для замены или восстановления биологических функций человека, – поясняет ведущий автор исследования Сю-Вэнь Чэнь из Национального университета науки и техники Гаосюна. – Но синтетические материалы, такие как катетеры, инфузионные линии, сосудистые стенты и трансплантаты, а также материалы для зашивания тканей после хирургического вмешательства могут вызывать реакции отторжения. Человеческое тело наделено способностью отличать свои родные структуры от чужих, и имплантация чужеродного объекта в наше тело активирует сложное взаимодействие сигналов, которое приводит к биологической инкапсуляции указанного имплантата; эта реакция известна как FBR. Проблему усугубляет тот факт, что биомедицинские устройства склонны к поверхностному биообрастанию в результате реакции инородного тела, а это означает, что клинический срок службы устройства ограничен.

Биологическое обрастание медицинских изделий эффективно устраняется только путём их удаления или замены с помощью дорогостоящих инвазивных процедур. И это не предпочтительный вариант.

Поэтому медицинское сообщество пытается лучше изучить явление биообрастания и найти способы уменьшить бактериальные адгезионные свойства поверхности, поскольку начальное закрепление бактерий на поверхности материала является ключевым фактором для активизации биообрастания.

Почему учёные заинтересовались именно кожей акул для медицинских целей? Для разработки материалов, способных противостоять негативным эффектам, связанным с поверхностным биологическим обрастанием, биомиметическая инженерия взяла на вооружение кожу акулы, чтобы изучить имеющиеся у неё свойства против биообрастания.

Кожа акулы, обильно покрытая плакоидными чешуйками (дермальными зубцами), представляет собой шероховатую поверхность из бороздок и гребней, формирующих “наноструктурированные выпуклости”, которые позволяют акулам плавать с уменьшенным сопротивлением и предотвращают прикрепление микроорганизмов к телу.

Подробности тут